DE102019214885A1

DE102019214885A1 - Verfahren und vorrichtung zum schätzen des inneren zustands einer thermischen komponente

Info

Publication number: DE102019214885A1
Application number: DE102019214885.9A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Ito
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2018-09-28
Filing date: 2019-09-27
Publication date: 2020-04-02
Also published as: CN110967192B; JP6943826B2; KR102354253B1; JP2020051385A; KR20200036767A; CN110967192A; US11428525B2; US20200103227A1

Abstract

Ein Verfahren zum Schätzen eines inneren Zustands einer thermischen Komponente der Erfindung enthält einen Messschritt des Messens einer Zustandsgröße der thermischen Komponente, einen Analysebedingungs-Erzeugungsschritt des Erzeugens einer Analysebedingung, einen Datenassimilationsschritt des Erhaltens der Wahrscheinlichkeitsverteilung sowohl der Temperaturverteilung als auch der Verschiebungsverteilung durch Datenassimilationsberechnung unter Verwendung eines Kontraktionsmodells, eines Messwerts und der Analysebedingung, einen Nachverarbeitungsschritt des Erhaltens des inneren Zustands der thermischen Komponente, einen Analyseschritt des Erhaltens von Lösungsvektoren der Temperaturverteilung und der Verschiebungsverteilung und einen Kontraktionsmodell-Konstruktionsschritt des Auskoppelns eines Teilraums, der einen linearen Raum einer Vektormenge charakterisiert, und des Konstruierens eines Kontraktionsmodells unter Verwendung des Teilraums, wobei die Wahrscheinlichkeitsverteilung in dem Datenassimilationsschritt unter Verwendung des Kontraktionsmodells berechnet wird und wobei das Kontraktionsmodell in dem Analyseschritt und in dem Kontraktionsmodell-Konstruktionsschritt konstruiert wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine Vorrichtung zum Schätzen eines inneren Zustands einer thermischen Komponente wie etwa einer Turbine oder eines Kessels und bezieht sich genauer auf das Verfahren und auf die Vorrichtung zum genauen Schätzen des inneren Zustands der thermischen Komponente durch eine einfache Technik.
Es ist bekannt, dass in einer thermischen Komponente wie etwa der Turbine oder dem Kessel, in die bzw. den ein Hochtemperaturfluid (Dampf, Gas) eingeleitet wird, insbesondere in einem bestimmten Zustand wie etwa einem Start-Stopp-Zustand eine innere thermische Spannung auftritt. Es wird angenommen, dass ein Zwischenraum zwischen Metallen wie etwa zwischen einem Turbinengehäuse und einer Turbine wegen der Wärmeausdehnung eines Metalls einer Struktur der thermischen Komponente verringert wird.
Solche inneren Zustände, die die thermische Spannung und den Zwischenraum enthalten, sind überwachte Positionen, die beim Steuern oder Überwachen hinsichtlich einer Lebensdauer der thermischen Komponente, der Zerstörung der Struktur der thermischen Komponente oder der Effizienz der thermischen Komponente vermerkt werden müssen. JP 5457805 B2 offenbart eine herkömmliche Überwachungssteuerungstechnik. In einer in JP 5457805 B2 offenbarten Technik wird unter den inneren Zuständen eine thermische Spannung überwacht und gesteuert und wird ein numerisches Modell verwendet, um die thermische Spannung eines Laufrads aus der Temperatur und aus dem Druck eines Dampfs als eine Schätztechnik der thermischen Spannung zu schätzen.
Wenn die innere Bedingung unter Verwendung des wie in JP 5457805 B2 offenbarten numerischen Modells geschätzt wird, wird das numerische Modell häufig durch ein Finite-Elemente-Verfahren konfiguriert, um die Schätzgenauigkeit zu verbessern. Eine typische Analysetechnik in einem solchen Fall ist in 2 durch ein beispielhaftes Zwischenraumbewertungsverfahren gezeigt.
Üblicherweise enthält die herkömmliche Technik aus 2 einen Messschritt 10, einen Analysebedingungs-Erzeugungsschritt 20, einen Schritt 90 der Analyse der thermischen Verformung als einen Finite-Elemente-Analyseschritt, einen Nachverarbeitungsschritt 60 und einen Abstimmschritt 110.
In dieser Technik werden aus Messwerten in dem Messungsschritt 10 und aus dem Analysebedingungs-Erzeugungsschritt 20 Analysebedingungen 22 erzeugt. Der Analysebedingungs-Erzeugungsschritt 20 kann eine Fluid-/Wärmeübertragungskreislauf-Netzanalyse verwenden.
Nachfolgend wird in dem Finite-Elemente-Analyseschritt 90 unter Verwendung der Analysebedingungen 22 eine Finite-Elemente-Analyse ausgeführt, um eine Temperaturverteilung und eine Verformungsverteilung eines Metallabschnitts zu erhalten. Nachfolgend werden in dem Nachverarbeitungsschritt 60 aus den Ergebnissen des Schritts 90 der Analyse der thermischen Verformung die Temperatur, die Ausdehnung/Ausdehnungsdifferenz und ein Zwischenraum bei einer Position eines Messpunkts bewertet und werden Ergebnisse einer solche Bewertung an eine Bewertungsergebnisdatenbank DB1 ausgegeben.
Ferner enthält die Technik einen Abstimmschritt 110, in dem die Temperatur und die Ausdehnung/Ausdehnungsdifferenz in der Bewertungsergebnisdatenbank DB1 jeweils mit einem entsprechenden Messwert verglichen werden und ein Parameter eines in dem Analysebedingungs-Erzeugungsschritt 20 verwendeten Berechnungsmodells in der Weise korrigiert wird, dass eine Differenz zwischen den zwei verringert wird, um die Zwischenraum-Bewertungsgenauigkeit zu verbessern.
Beispiele des Parameters des in dem Analysebedingungs-Erzeugungsschritt 20 verwendeten Berechnungsmodells enthalten verschiedene Modellparameter, die an dem Fluidwiderstand beteiligt sind, oder einen Wärmeübertragungskoeffizienten in der Fluid-/Wärmeübertragungskreislauf-Netzanalyse. Für die Abstimmung kann eine mathematische Vorgehensweise wie etwa ein genetischer Algorithmus verwendet werden.
Ein Problem des herkömmlichen Verfahrens der Verwendung des Finite-Elemente-Verfahrens enthält eine Zunahme der Anzahl der Versuche der Finite-Elemente-Analyse mit einer hohen Berechnungslast mit der Anzahl der Parameter für die Abstimmung, was es erschwert, auf den Fall zu reagieren, wo Unverzüglichkeit erforderlich ist.
Während des Hochfahrens kann die Strömung in der Turbine ein räumlich und zeitlich kompliziertes Muster bilden und kann eine Kondensationserscheinung von Dampf auftreten. Dies führt häufig zu einem Fall, wo die Zeitentwicklung der Temperaturverteilung nur durch Abstimmen des Parameters des für die Fluid-/Wärmeübertragungskreislauf-Netzanalyse verwendeten Modells nicht genau vorhergesagt werden kann. In einem solchen Fall kann eine ausreichende Zwischenraum-Bewertungsgenauigkeit nicht sichergestellt werden.
Aus dem Obigen ist eine Aufgabe der vorliegende Erfindung die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Schätzen eines inneren Zustands einer thermischen Komponente, die es jeweils ermöglichen, den inneren Zustand durch eine einfache Technik genau zu schätzen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Verfahren zum Schätzen eines inneren Zustands einer thermischen Komponente der vorliegenden Erfindung umfasst einen Messschritt des Messens einer Zustandsgröße der thermischen Komponente; einen Analysebedingungs-Erzeugungsschritt des Erzeugens einer Analysebedingung zum Analysieren eines inneren Zustands der thermischen Komponente; einen Datenassimilationsschritt des Erhaltens der Wahrscheinlichkeitsverteilung sowohl der Temperaturverteilung als auch der Verschiebungsverteilung im Inneren der thermischen Komponente durch Datenassimilationsberechnung unter Verwendung eines Kontraktionsmodells, eines Messwerts des Messschritts und der Analysebedingung, wobei das Kontraktionsmodell durch Dimensionsverringerung eines Finite-Elemente-Modells für die Analyse des inneren Zustands der thermischen Komponente gegeben ist; einen Nachverarbeitungsschritt des Erhaltens des inneren Zustands der thermischen Komponente aus einem Erwartungswert der in dem Datenassimilationsschritt erhaltenen Wahrscheinlichkeitsverteilung; einen Analyseschritt des Erhaltens von Lösungsvektoren der Temperaturverteilung und der Verschiebungsverteilung des Finite-Elemente-Modells; und einen Kontraktionsmodell-Konstruktionsschritt des Auskoppelns eines Teilraums, der einen linearen Raum charakterisiert, der durch eine Vektormenge der Temperaturverteilung und der Verschiebungsverteilung definiert ist, und des Konstruierens eines Kontraktionsmodells aus dem Finite-Elemente-Modell unter Verwendung des Teilraums, wobei die Wahrscheinlichkeitsverteilung in dem Datenassimilationsschritt unter Verwendung des Kontraktionsmodells in dem Kontraktionsmodell-Konstruktionsschritt berechnet wird und wobei das Kontraktionsmodell in dem Analyseschritt und in dem Kontraktionsmodell-Konstruktionsschritt unter Verwendung eines Ergebniswerts des Analysebedingungs-Erzeugungsschritts konstruiert wird.
Eine Vorrichtung zum Schätzen eines inneren Zustands einer thermischen Komponente der vorliegenden Erfindung ist dafür konfiguriert ist, Folgendes auszuführen: einen Messschritt des Messens einer Zustandsgröße der thermischen Komponente; einen Analysebedingungs-Erzeugungsschritt des Erzeugens einer Analysebedingung zum Analysieren eines inneren Zustands der thermischen Komponente; einen Datenassimilationsschritt des Erhaltens der Wahrscheinlichkeitsverteilung sowohl der Temperaturverteilung als auch der Verschiebungsverteilung im Inneren der thermischen Komponente durch Datenassimilationsberechnung unter Verwendung eines Kontraktionsmodells, eines Messwerts des Messschritts und der Analysebedingung, wobei das Kontraktionsmodell durch Dimensionsverringerung eines Finite-Elemente-Modells für die Analyse des inneren Zustands der thermischen Komponente gegeben ist; einen Nachverarbeitungsschritt des Erhaltens des inneren Zustands der thermischen Komponente aus einem Erwartungswert der in dem Datenassimilationsschritt erhaltenen Wahrscheinlichkeitsverteilung; einen Analyseschritt des Erhaltens von Lösungsvektoren der Temperaturverteilung und der Verschiebungsverteilung des Finite-Elemente-Modells; und einen Kontraktionsmodell-Konstruktionsschritt des Auskoppelns eines Teilraums, der einen linearen Raum charakterisiert, der durch eine Vektormenge der Temperaturverteilung und der Verschiebungsverteilung definiert ist, und des Konstruierens eines Kontraktionsmodells aus dem Finite-Elemente-Modell unter Verwendung des Teilraums, wobei die Vorrichtung die Wahrscheinlichkeitsverteilung in dem Datenassimilationsschritt unter Verwendung des Kontraktionsmodells in dem Kontraktionsmodell-Konstruktionsschritt berechnet, wobei die Vorrichtung das Kontraktionsmodell in dem Analyseschritt und in dem Kontraktionsmodell-Konstruktionsschritt unter Verwendung eines Ergebnisses des Analysebedingungs-Erzeugungsschritts konstruiert, wobei der Messschritt, der Analysebedingungs-Erzeugungsschritt, der Datenassimilationsschritt und der Nachverarbeitungsschritt auf einer Seite der thermischen Komponente ausgeführt werden, wobei der Analyseschritt und der Kontraktionsmodell-Konstruktionsschritt in einer Zentrale ausgeführt werden, die Daten in mehreren Kraftwerken managen kann, und wobei zwischen der Seite der thermischen Komponente und der Zentrale eine Kommunikation ausgeführt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der innere Zustand durch eine einfache Technik genau geschätzt werden.
Figurenliste

1 ist eine Ansicht, die schematisch ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schätzen eines inneren Zustands einer thermischen Komponente gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 ist eine Ansicht, die eine typische Analysetechnik mit einem beispielhaften Zwischenraumbewertungsverfahren im Fall des Konfigurierens eines Modells durch ein Finite-Elemente-Verfahren zeigt;
3 ist eine Ansicht einer beispielhaften Konfiguration eines Kraftwerks, das aus einer Turbine und einem Generator konfiguriert ist;
4 ist eine Ansicht, die ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schätzen eines inneren Zustands einer thermischen Komponente gemäß Ausführungsform 2 darstellt;
5 ist eine Ansicht, die Daten über eine in einem Zustandsraummodell verwendete unbekannte Variable (Wahrscheinlichkeitsverteilung) darstellt;
6 ist eine Ansicht, die Daten über einen in dem Zustandsraummodell verwendeten voreingestellten Parameter darstellt;
7 ist eine Ansicht, die eine beispielhafte Struktur eines mit einem Verkleidungsmaterial 330 bedeckten Gehäuses darstellt;
8 ist eine Ansicht, die eine beispielhafte zeitliche Änderung des durch das Metallthermometer 290A gemessenen Werts und der berechneten Temperatur (Wahrscheinlichkeitsverteilung) darstellt;
9 ist eine Ansicht, die beispielhafte Identifizierungsergebnisse darstellt; und
10 ist eine Ansicht, die ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schätzen eines inneren Zustands einer thermischen Komponente gemäß Ausführungsform 5 darstellt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen ausführlich beschrieben.
Ausführungsform 1
Die Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung erläutert beispielhaft eine Turbine als eine thermische Komponente, auf die die vorliegende Erfindung anwendbar ist, und beschreibt eine Grundidee zum Schätzen der thermischen Spannung oder eines Zwischenraums, der ein innerer Zustand der thermischen Komponente ist.
Zunächst ist die thermische Komponente, auf die die vorliegende Erfindung anwendbar ist, eine Turbine wie etwa eine Dampfturbine oder eine Gasturbine oder eine Struktur wie etwa ein Kessel, wobei die Turbine nun beschrieben wird, während sie in 3 dargestellt ist.
3 zeigt eine beispielhafte Konfiguration eines Kraftwerks, das aus einer Turbine und aus einem Generator konfiguriert ist. Das Kraftwerk aus 3 enthält einen Generator 200, eine Turbine 210, ein Turbinenlaufrad 220, das mit der Turbine 210 und mit dem Generator 200 verbunden ist, ein Turbinengehäuse 230, das die Turbine aufnimmt, eine Rohrleitung 240, die der Turbine ein Arbeitsfluid zuführt, und ein Steuerventil 250, das in der Rohrleitung 240 vorgesehen ist.
In einem solchen Kraftwerk wird durch die Rohrleitung 240 ein Hochtemperatur-Hochdruck-Fluid (Dampf oder Gas) als das Arbeitsfluid in das Turbinengehäuse 230 eingeleitet, um die Turbine 210 anzutreiben, wobei diese Antriebskraft über das Turbinenlaufrad 220 zur Leistungserzeugung an den Generator 200 übertragen wird. Daraufhin wird das Arbeitsfluid (Dampf oder Gas), das in der Turbine 210 gearbeitet hat, nach außen ausgestoßen.
Es ist bekannt, dass in einer solchen thermischen Zusammensetzung, in die das Arbeitsfluid (Dampf oder Gas) eingeleitet wird, in einem spezifischen Zustand wie etwa Start-Stopp innen eine thermische Spannung auftritt. Außerdem wird angenommen, dass ein Zwischenraum wie etwa ein Zwischenraum zwischen dem Turbinengehäuse 230 und der Turbine 210 wegen Wärmeausdehnung eines Metalls der Struktur verringert wird.
Ein solcher innerer Zustand wie etwa die thermische Spannung oder der Zwischenraum ist eine Position, die beim Steuern und Überwachen hinsichtlich einer Lebensdauer der thermischen Komponente, der Zerstörung der Struktur der thermischen Komponente oder der Effizienz der thermischen Komponente vermerkt werden muss. Da der innere Zustand nicht direkt gemessen werden kann, wird üblicherweise allerdings ein innerer oder äußerer Zustand der thermischen Komponente überwacht und gemessen, um den inneren Zustand zu schätzen, und werden die Schätzergebnisse bei der Steuerung des Steuerventils 250 widerspiegelt oder überwacht.
Das beispielhafte Kraftwerk aus 3 enthält ein Arbeitsfluidthermometer 260 zum Messen der Temperatur des Arbeitsfluids und/oder ein Außenlufttemperaturmessgerät 270 zum Messen der Außenlufttemperatur der Turbine 210 und/oder ein Manometer 280 zum Messen der Arbeitsfluidtemperatur, um den inneren Zustand zu schätzen. Ferner enthält das Kraftwerk wenigstens ein Metallthermometer 290 zum Messen der Metalltemperatur sowohl des Turbinenlaufrads 220 als auch des Gehäuses. Ferner enthält das Kraftwerk wenigstens einen Ausdehnungsindikator 300 zum Messen der Ausdehnung des Gehäuses oder wenigstens einen Ausdehnungsdifferenz-Indikator 310 zum Messen eines Zwischenraums zwischen dem Turbinenlaufrad und dem Gehäuse. Natürlich sollten solche Messinstrumente, die zu messende physikalische Größe und eine Messposition jeweils gemäß der zu überwachenden thermischen Komponente geeignet gewählt werden.
1 ist eine Ansicht, die schematisch ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schätzen eines inneren Zustands einer thermischen Komponente gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. In 1 weisen Elemente mit den Bezugszeichen 10, 20, 60, 90 und DB1 in dieser Reihenfolge grundsätzlich dieselben Konfigurationen und Funktionen wie der Messschritt 10, der Analysebedingungs-Erzeugungsschritt 20, der Nachverarbeitungsschritt 60, der Schritt 90 der Analyse der thermischen Verformung als der Finite-Elemente-Analyseschritt und die Bewertungsergebnisdatenbank DB1 in der herkömmlichen Technik aus 2 auf.
Es kann erkannt werden, dass die Ausführungsform 1 durch Hinzufügen eines Kontraktionsmodell-Konstruktionsschritts 40, eines Datenassimilationsschritts 50, einer Datenbank DB2 korrigierter Analysebedingungen und einer Schnappschussdatenbank DB3 zu der Konfiguration der herkömmlichen Technik aus 2 gegeben ist.
In dem Verfahren und in der Vorrichtung zum Schätzen des inneren Zustands der thermischen Komponente der vorliegenden Erfindung aus 1 weisen jeweilige Teile oder Schritte allgemein die folgenden Funktionen auf.
Der Messschritt 10 misst die Zustandsgröße (Temperatur, Ausdehnung und dergleichen) einer Struktur oder die Zustandsgröße (Temperatur, Druck und dergleichen) der Atmosphäre in einem Kraftwerk. In dem Beispiel der Turbine aus 3 werden durch das Arbeitsfluidthermometer 260, durch das Außenlufttemperaturmessgerät 270, durch das Manometer 280, durch das Metallthermometer 290, durch den Ausdehnungsindikator 300 und durch den Ausdehnungsdifferenz-Indikator 310 verschiedene Zustandsgrößen gemessen, um Messwerte zu erhalten. In dem Analysebedingungs-Erzeugungsschritt 20 wird eine Analysebedingung der Analyse der thermischen Verformung erzeugt.
In dem Datenassimilationsschritt 50 wird durch eine Datenassimilationsberechnung unter Verwendung eines Kontraktionsmodells, das durch Dimensionsverringerung eines Finite-Elemente-Modells für die Analyse der thermischen Verformung und des Messwerts des Messschritts 10 gegeben ist, eine Wahrscheinlichkeitsverteilung sowohl der Temperaturverteilung als auch der Verschiebungsverteilung und eine Wahrscheinlichkeitsverteilung eines korrigierten Werts der Analysebedingung erhalten.
In dem Nachverarbeitungsschritt 60 werden aus dem Erwartungswert der in dem Datenassimilationsschritt 50 erhaltenen Wahrscheinlichkeitsverteilung die thermische Spannung eines Abschnitts, bei dem ein Strukturzwischenraum, ein Ermüdungsfehler oder dergleichen ein ernstes Problem ist, und ein korrigierter Wert der Analysebedingung erhalten und an die Bewertungsergebnisdatenbank DB1 bzw. an die Datenbank DB2 korrigierter Analysebedingungen ausgegeben.
In dem Schritt 90 der Analyse der thermischen Verformung, der der Finite-Elemente-Analyseschritt ist, werden Lösungsvektoren der Temperaturverteilung und der Verschiebungsverteilung des Finite-Elemente-Modells erhalten und an die Analyseergebnisdatenbank (Schnappschussdatenbank DB3) ausgegeben.
In dem Kontraktionsmodell-Konstruktionsschritt 40 wird ein Teilraum, der einen durch eine Vektormenge definierten linearen Raum in der Schnappschussdatenbank DB3 kennzeichnet, ausgekoppelt und zum Konstruieren des Kontraktionsmodells verwendet.
Das Verfahren und die Vorrichtung zum Schätzen des inneren Zustands der thermischen Komponente der vorliegenden Erfindung sind wie oben beschrieben konfiguriert, so dass ein Kontraktionsmodell aus einem Ergebnis des Analysebedingungs-Erzeugungsschritts 20 und der Datenbank DB2 korrigierter Analysebedingungen durch den Schritt 90 der Analyse der thermischen Verformung und durch den Kontraktionsmodell-Konstruktionsschritt 40 konstruiert oder rekonstruiert wird.
Ein erstes Merkmal des Verfahrens und der Vorrichtung, die jeweils den inneren Zustand der thermischen Komponente gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung mit der Konfiguration aus 1 wie oben beschrieben schätzen, ist die Verwendung des durch Dimensionsverringerung einer Finite-Elemente-Gleichung als Analysemittel für die Datenassimilation gegebenen Kontraktionsmodells. Dies ermöglicht es, die Datenassimilationsberechnung im Vergleich zu einem Fall der direkten Verwendung der Finite-Elemente-Analyse erheblich zu beschleunigen.
Ein zweites Merkmal des Verfahrens und der Vorrichtung zum Schätzen des inneren Zustands der thermischen Komponente gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung ist, dass sie einen Kontraktionsmodell-Rekonstruktionsschritt 100 zum Rekonstruieren eines Kontraktionsmodells, d. h. einen Schritt zum Rekonstruieren eines Kontraktionsmodells durch Erweitern der Schnappschussdatenbank DB3 unter Verwendung des Ergebnisses der Finite-Elemente-Analyse bei der in der Datenbank DB2 korrigierter Analysebedingungen gespeicherten Bedingung, aufweist.
Da die Schnappschussdatenbank DB3 eine größere Anzahl von Ergebnissen ähnlich der tatsächlich möglichen Temperaturverteilung und Verschiebungsverteilung einer Zielstruktur enthält, kann ein genaueres Kontraktionsmodell erzeugt werden. Da die korrigierte Analysebedingung ein Messergebnis widerspiegelt, kann andererseits erwartet werden, dass die Analyse thermischer Deformationen bei einer korrigierten Analysebedingung eine Temperaturverteilung und Verschiebungsverteilung ähnlich der tatsächlich möglichen Temperaturverteilung und Verschiebungsverteilung enthält.
Somit ist es möglich, die thermische Spannung und die thermische Verformung durch Rekonstruieren des Kontraktionsmodells unter Verwendung der erweiterten Schnappschussdatenbank DB3 genau zu bewerten.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht, die thermische Spannung und die thermische Verformung einer Struktur mit einer komplizierten Form innerhalb einer praktischen Zeitdauer genau zu bewerten. Wenn Messergebnisse vor einem bestimmten Zeitpunkt (Anfangszeitpunkt) gegeben sind und wenn die thermische Verformung und thermische Spannung nach dem bestimmten Zeitpunkt vorhergesagt werden sollen, kann die vorliegende Erfindung als Mittel verwendet werden, um eine Strukturtemperaturverteilung zu dem Anfangszeitpunkt zu erhalten.
Wenn eine in 1 gezeigte Vorrichtung konfiguriert ist, ist die Vorrichtung vorzugsweise in der Weise konfiguriert, dass der Kontraktionsmodell-Rekonstruktionsschritt 100 in einer Zentrale vorgesehen ist, Schritte anderer Abschnitte auf einer Kraftwerksseite als einem tatsächlicher Standort vorgesehen sind und die Kommunikation zwischen der Zentrale und dem tatsächlichen Standort über eine Kommunikationseinrichtung ausgeführt werden kann. Folglich kann die Zentrale verschiedene Daten in mehreren Kraftwerken an einer Stelle managen und ist somit ein effizienter Betrieb zulässig, während frühere Betriebsverhalten in verschiedenen Kraftwerken z. B. beim Entwurf eines neuen Kraftwerks widerspiegelt werden. Auf der Kraftwerksseite, die der tatsächliche Standort ist, kann eine Vorrichtungskonfiguration des Kraftwerks vereinfacht sein und kann eine schnelle Verarbeitung ausgeführt werden.
Zusammengefasst ist die wie oben beschriebene vorliegende Erfindung als „ein Verfahren zum Schätzen eines inneren Zustands einer thermischen Komponente, das durch einen Messschritt 10 des Messens einer Zustandsgröße der thermischen Komponente, einen Analysebedingungs-Erzeugungsschritt 20 des Erzeugens einer Analysebedingung zum Analysieren des inneren Zustands der thermischen Komponente, einen Datenassimilationsschritt 50 des Erhaltens der Wahrscheinlichkeitsverteilung sowohl der Temperaturverteilung als auch der Verschiebungsverteilung des Inneren der thermischen Komponente durch Datenassimilationsberechnung unter Verwendung eines Kontraktionsmodells, das durch Dimensionsverringerung eines Finite-Elemente-Modells für die Analyse des inneren Zustands der thermischen Komponente gegeben ist, eines Messwerts des Messschritts 10 und der Analysebedingung, einen Nachverarbeitungsschritt 60 des Erhaltens des inneren Zustands der thermischen Komponente aus einem Erwartungswert der in dem Datenassimilationsschritt 50 erhaltenen Wahrscheinlichkeitsverteilung, einen Analyseschritt 90 des Erhaltens von Lösungsvektoren der Temperaturverteilung und der Verschiebungsverteilung des Finite-Elemente-Modells und einen Kontraktionsmodell-Konstruktionsschritt 40 des Auskoppelns eines Teilraums, der einen linearen Raum charakterisiert, der durch eine Vektormenge der Temperaturverteilung und der Verschiebungsverteilung definiert ist, und des Konstruierens eines Kontraktionsmodells aus dem Finite-Elemente-Modell unter Verwendung des Teilraums charakterisiert ist, wobei der Datenassimilationsschritt 50 die Wahrscheinlichkeitsverteilung unter Verwendung des Kontraktionsmodells in dem Kontraktionsmodell-Konstruktionsschritt 40 berechnet und der Analyseschritt 90 und der Kontraktionsmodell-Konstruktionsschritt 40 das Kontraktionsmodell unter Verwendung des Ergebnisses des Analysebedingungs-Erzeugungsschritts 20 konstruieren oder rekonstruieren“, konfiguriert.
Ferner ist die vorliegende Erfindung als ein „Verfahren zum Schätzen des inneren Zustands der thermischen Komponente, das dadurch charakterisiert ist, dass der Datenassimilationsschritt 50 ferner die Wahrscheinlichkeitsverteilung eines korrigierten Werts der Analysebedingung erhält, dass der Nachverarbeitungsschritt 60 ferner den korrigierten Wert der Analysebedingung erhält und dass der Analyseschritt 90 und der Kontraktionsmodell-Konstruktionsschritt 40 ein Kontraktionsmodell unter Verwendung des korrigierten Werts von dem Nachverarbeitungsschritt 60 rekonstruieren“, konfiguriert.
Ausführungsform 2
In Ausführungsform 2 ist die in Ausführungsform 1 beschriebene Konfiguration ausführlicher spezifisch beschrieben. 4 ist eine Ansicht, die ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schätzen des inneren Zustands der thermischen Komponente gemäß Ausführungsform 2 darstellt.
Um die ausführliche Konfiguration und die Funktionen der Ausführungsform 2 mit jenen der herkömmlichen Technik aus 2 zu vergleichen, kann die Ausführungsform 2 aus 4 in der Weise erkannt werden, dass ein Schritt, der dem Abstimmen 110 des herkömmlichen Verfahrens aus 2 entspricht, in den Datenassimilationsschritt 50 geändert ist und dass eine Metalloberflächen-Wärmeübertragungsraten-Bedingung in dem Datenassimilationsschritt 50 direkt identifiziert wird, um die oben beschriebenen Probleme (ungenaue Vorhersage der Zeitentwicklung der Temperaturverteilung und unzureichende Zwischenraum-Bewertungsgenauigkeit) zu behandeln.
Darüber hinaus verwendet die Ausführungsform 2 für die Datenassimilationsberechnung ein Kontraktionsmodell, so dass die Bewertungszeit im Vergleich zu dem herkömmlichen Verfahren 1, das direkt die Finite-Elemente-Analyse verwendet, vorteilhaft sehr stark verringert werden kann.
Darüber hinaus führt die Ausführungsform 2 einen Mechanismus (den Kontraktionsmodell-Rekonstruktionsschritt 100) des aufeinanderfolgenden Verbesserns der Genauigkeit eines Kontraktionsmodells unter Verwendung von Messdaten als einen Mechanismus des Kompensierens einer Verringerung der Bewertungsgenauigkeit unter Verwendung des Kontraktionsmodells ein.
Durch die obige Konfiguration kann die Ausführungsform 2 den Zwischenraum innerhalb einer praktischen Zeitdauer genauer als das herkömmliche Verfahren 1 bewerten.
Das Verfahren und die Vorrichtung zum Schätzen des inneren Zustands der thermischen Komponente der Ausführungsform 2, die in 4 gezeigt sind, zeigen ein Verfahren zum Bewerten eines Zwischenraums 320, der ein Zwischenraum zwischen der Turbine 210 und dem Gehäuse ist, während der Hochfahroperation als eines inneren Zustands unter Verwendung der Messergebnisse der Temperatur, der Ausdehnung und der Ausdehnungsdifferenz und dergleichen.
Der Messschritt 10 in 4 empfängt von den Messinstrumenten 260, 270, 280, 290, 300 und 310 Zeitreihendaten der Arbeitsfluidtemperatur, des Arbeitsfluiddrucks, der Außenlufttemperatur, der Metalltemperatur, der Ausdehnung und der Ausdehnungsdifferenz und gibt Messergebnisse 12 aus, während er die Messergebnisse 12 an den Analysebedingungs-Erzeugungsschritt 20 überträgt.
Der Analysebedingungs-Erzeugungsschritt 20 erzeugt die Analysebedingungen 22 wie etwa eine Metalloberflächen-Wärmeübertragungsrate 23, eine Umgebungs- (Arbeitsfluid-, Außenluft-) Temperatur 24 in der Nähe des Metalls und einen Wandoberflächendruck 25, die zum Ausführen der Analyse der thermischen Verformung eines Metallabschnitts wie etwa einer Turbine, eines Turbinenlaufrads und eines Gehäuses auf der Grundlage der in dem Messschritt 10 erhaltenen Messwerte erforderlich sind. Zum Beispiel werden der Massetransport oder der Wärmetransport des Arbeitsfluids während des Hochfahrens, die Wärmeübertragung des Metallabschnitts, die Wärmeübertragung zwischen dem Arbeitsfluid und dem Metallabschnitt durch eine Fluid-/Wärmeübertragungskreislauf-Netzanalyse simuliert, wodurch solche Analysebedingungen berechnet werden können.
Die Analysebedingungen 22 (die Metalloberflächen-Wärmeübertragungsrate 23, die Umgebungs- (Arbeitsfluid-, Außenluft-) Temperatur 24 in der Nähe des Metalls und der Wandoberflächendruck 25), die in dem Analysebedingungs-Erzeugungsschritt 20 erhalten werden, werden in den Kontraktionsmodell-Rekonstruktionsschritt 100 gegeben. Korrigierte Analysebedingungen (Identifizierungsparameter 82, Voreinstellungsparameter 83), die in der Datenbank DB2 korrigierter Analysebedingungen gespeichert sind, werden in den Kontraktionsmodell-Rekonstruktionsschritt 100 gegeben.
Der Kontraktionsmodell-Rekonstruktionsschritt 100 weist im Voraus ein Wärmeübertragungs-Kontraktionsmodell 42 und ein Strukturkontraktionsmodell 43 auf und rekonstruiert auf der Grundlage der eingegebenen Analysebedingungen 22 und der korrigierten Analysebedingung ein Kontraktionsmodell.
In dem Kontraktionsmodell-Rekonstruktionsschritt 100 wird zunächst unter Verwendung der Analysebedingungen 22 in dem Schritt 90 der Analyse der thermischen Verformung als ein Finite-Elemente-Analyseschritt eine Finite-Elemente-Analyse ausgeführt, um die Temperaturverteilung und die Verformungsverteilung des Metallabschnitts zu erhalten. Die als ein Verarbeitungsergebnis des Schritts 90 der Analyse der thermischen Verformung erhaltenen Daten werden in der Schnappschussdatenbank DB3 gespeichert.
Die Schnappschussdatenbank DB3 speichert einen Datensatz eines Knotentemperaturvektors 32 als ein Ergebnis des Erhaltens der Zeitentwicklung der Temperaturverteilung des Metallabschnitts während des Hochfahrens durch ein Finite-Elemente-Verfahren und eines Knotenverschiebungsvektors 33 als ein Ergebnis des Erhaltens der thermischen Verformung des Metalls wegen der Temperaturverteilung des Knotentemperaturvektors 32 durch ein Finite-Elemente-Verfahren.
Die Analysebedingungen 22 (die Metalloberflächen-Wärmeübertragungsrate 23, die Umgebungs- (Arbeitsfluid-, Außenluft-) Temperatur 24 in der Nähe des Metalls, der Wandoberflächendruck 25), die in dem Analysebedingungs-Erzeugungsschritt 20 erhalten werden, oder die korrigierten Analysebedingungen (der Identifizierungsparameter 82, der Voreinstellungsparameter 83), wie sie später beschrieben werden, von der Datenbank DB2 korrigierter Analysebedingungen werden in dem Schritt 90 der Analyse der thermischen Verformung als Analysebedingungen für das Finite-Elemente-Verfahren verwendet.
Der Kontraktionsmodell-Konstruktionsschritt 40 koppelt einen Teilraum, der einen linearen Raum charakterisiert, der durch die durch den Knotentemperaturvektor 32 in der Schnappschussdatenbank DB3 gegebene Temperaturverteilung definiert ist, aus und erzeugt aus einer Finite-Elemente-Gleichung, die durch Diskretisieren einer dominanten Gleichung einer Wärmeübertragungserscheinung eines Metallabschnitts gegeben ist, durch eine Galerkin-Projektion auf den Teilraum das Wärmeübertragungs-Kontraktionsmodell 42. Darüber hinaus koppelt der Kontraktionsmodell-Konstruktionsschritt 40 einen Teilraum, der einen durch die Verschiebungsverteilung (den Vektor), der durch den Knotenverschiebungsvektor 33 in der Schnappschussdatenbank DB3 gegeben ist, definierten linearen Raum charakterisiert, aus und erzeugt er aus einer Finite-Elemente-Gleichung, die durch Diskretisieren einer dominanten Gleichung der thermischen Verformung gegeben ist, durch Galerkin-Projektion auf den Teilraum das Strukturkontraktionsmodell 43. Dies ermöglicht, das einfache Kontraktionsmodell 42 oder 43 zu erzeugen, in dem eine Finite-Elemente-Gleichung durch etwa 50 bis 100 unbekannte Variablen und Gleichungen repräsentiert ist, während die Finite-Elemente-Gleichung z. B. durch etwa eine Million unbekannter Variablen und Gleichungen repräsentiert ist.
In 4 empfängt der Datenassimilationsschritt 50 die Messergebnisse 12 (Zeitreihendaten der Arbeitsfluidtemperatur, des Arbeitsfluiddrucks, der Außenlufttemperatur, der Metalltemperatur, der Ausdehnung und der Ausdehnungsdifferenz) des Kraftwerks und die Analysebedingungen 22 (die Metalloberflächen-Wärmeübertragungsrate 23, die Umgebungs- (Arbeitsfluid-, Außenluft-) Temperatur 24 in der Nähe des Metalls, den Wandoberflächendruck 25) und die Kontraktionsmodelle (das Wärmeübertragungs-Kontraktionsmodell 42, das Strukturkontraktionsmodell 43), die in dem Kontraktionsmodell-Konstruktionsschritt 40 erhalten werden, und verwendet Zustandsraummodelle, die die Kontraktionsmodelle 42 und 43 enthalten, um durch ein Partikelfilterverfahren die Zeitentwicklung einer Zustandsvariablen (Wahrscheinlichkeitsverteilung) zu erhalten, die einen Identifizierungsparameter 82 (eine Modellvariable 42A, die die Temperaturverteilung in dem Wärmeübertragungs-Kontraktionsmodell 42 bestimmt, eine Modellvariable 43A, die die Verschiebungsverteilung in dem Strukturkontraktionsmodell 43 bestimmt, und eine Metalloberflächen-Wärmeübertragungsratenbedingung 23A, die aus den Messwerten in den Metalloberflächen-Wärmeübertragungsratenbedingungen 23 bewusst identifiziert wird) enthält. Die Wärmeübertragungsratenbedingung 23A des Identifizierungsparameters 82 wird als eine Zustandsvariable mit einem Zufallswegtyp-Zeitentwicklungsprozess behandelt, um die Identifizierung aus den Messwerten zu ermöglichen.
In der folgenden Beschreibung wird eine Bedingung, die für die Datenassimilation voreingestellt werden soll, d. h. eine Wärmeübertragungsratenbedingung 23B, die den Metalloberflächen-Wärmeübertragungsratenbedingungen 23 ausschließlich der Bedingung 23A, der Umgebungs- (Arbeitsfluid-, Außenluft-) Temperatur 24 in der Nähe des Metalls und dem Wandoberflächendruck 25 entspricht, jeweils als der voreingestellte Parameter 83 definiert.
Der Identifizierungsparameter 82 und der voreingestellte Parameter 83, die in dem Datenassimilationsschritt 50 erhalten werden, werden schließlich, nachdem der folgende Nachverarbeitungsschritt 60 ausgeführt worden ist, in der Datenbank DB2 korrigierter Analysebedingungen gespeichert und in der nachfolgenden Kontraktionsmodell-Rekonstruktionsverarbeitung verwendet.
In dem durch den Datenassimilationsschritt 50 ausgeführten Partikelfilterverfahren wird eine Wahrscheinlichkeitsverteilung der Zustandsvariable durch eine Menge von Partikeln definiert, die jeweils einen spezifischen Zustandsvariablenwert aufweisen, und wird daraufhin durch Wiederholung der folgenden Verarbeitungsschritte S1a bis S1d die Zeitentwicklung der Wahrscheinlichkeitsverteilung erhalten. Für den voreingestellten Parameter 83 werden allen Partikeln Ergebnisse der Analysebedingungen 22 zugeordnet.
In dem Verarbeitungsschritt S1a wird in einem vorgegebenen Intervall an jedem Partikel unter Verwendung der Zustandsraummodelle eine Zeitentwicklungsberechnung ausgeführt.
In dem Verarbeitungsschritt S1b werden Werte der Messinstrumente (260, 270, 280, 290, 300, 310) aus Zustandsvariablenwerten der Partikel bewertet und werden Werte des Anpassungsgrads (der Wahrscheinlichkeit) mit Messwerten zu demselben Zeitpunkt berechnet.
In dem Verarbeitungsschritt S1c wird angenommen, dass die Anzahl der Partikel N ist, und werden N Partikel aus einer Partikelmenge ausgewählt und dupliziert, während eine Wiederholung zugelassen ist, und wird eine ursprüngliche Partikelmenge durch die duplizierte Partikelmenge ersetzt. Eine größere Anzahl von Partikeln wird mit einer höheren Wahrscheinlichkeit ausgewählt. Dies ermöglicht, dass ein Partikel näher einem Messwert fortbesteht, was zu einem Ergebnis führt, das ein Messergebnis widerspiegelt.
Der Verarbeitungsschritt S1d kehrt zu dem Verarbeitungsschritt S1a zurück.
Durch die obigen Verarbeitungsschritte S1a bis S1d werden Zeitentwicklungen der Zustandsvariablen (die durch Partikelmengen repräsentierten Wahrscheinlichkeitsverteilungen) einschließlich 42A und 43A als die mit den Messergebnissen und mit dem Identifizierungsparameter 82 korrigierten Modellvariablen erhalten.
In dem Nachverarbeitungsschritt 60 wird ein Erwartungswert der Wahrscheinlichkeitsverteilung der Modellvariablen 43A für einen zuvor hergeleiteten Relationsausdruck der Modellvariablen 43A und für einen Zwischenraum jedes Abschnitts ersetzt, um eine zeitliche Änderung des Zwischenraums während des Hochfahrens zu erhalten, und werden die erhaltenen Ergebnisse an die Bewertungsergebnisdatenbank DB1 ausgegeben. Darüber hinaus wird die korrigierte Analysebedingung, die den Erwartungswert des Identifizierungsparameters 82 und den voreingestellten Parameter 83 enthält, an die Datenbank DB2 korrigierter Analysebedingungen ausgegeben.
Obgleich die in 4 dargestellte Ausführungsform 2 beim Turbinenhochfahren beispielhaft erläutert worden ist, kann die vorliegende Erfindung ähnlich auf irgendeine Laständerungsoperation einschließlich der Stoppoperation angewendet werden.
In einer geänderten Konfiguration der Ausführungsform 2 sind Prozesse in einer Folge des Messschritts 10, des Analysebedingungs-Erzeugungsschritts 20, des Datenassimilationsschritts 50 und des Nachverarbeitungsschritts 60 miteinander verknüpft, wodurch der Zwischenraum in Echtzeit bewertet werden kann.
Da die Kontraktionsmodellanalyse und die Datenassimilation leicht mit hoher Geschwindigkeit durch GPGPU (Universalberechnung an Grafikverarbeitungseinheiten) berechnet werden, wird eine Konfiguration unter Verwendung einer GPU-Maschine in dem Datenassimilationsschritt 50 als eine Vorrichtungskonfiguration, die eine geänderte Konfiguration der Ausführungsform 2 ist, angesehen.
In einem möglichen Verfahren der Bewertung der thermischen Spannung als eine andere geänderte Konfiguration der Ausführungsform 2 wird aus einem Erwartungswert der Verschiebungsverteilung (Wahrscheinlichkeitsverteilung) in dem Nachverarbeitungsschritt 60 eine thermische Spannung erhalten, die für die Wärmezyklusermüdungsbewertung notwendig ist.
Für die Notwendigkeit eines effizienten Betriebs der Dampfturbine unter der Umgebung der Einleitung einer großen Menge regenerierter Energie werden ein schnelles Hochfahren oder ein flexibler Betrieb einer Dampfturbine gefordert. Andererseits erhöht das schnelle Hochfahren oder der flexible Betrieb die Menge der thermischen Verformung, die durch eine Zunahme der Temperaturdifferenz in dem Metallabschnitt verursacht ist, was eine Verringerung des Zwischenraums verursacht, was zu einer Zunahme der Möglichkeit eines Kontakts eines Drehungseinschränkungsteils führt. Dies führt zu einem Bedarf an einer Technik zum genauen Bewerten des Zwischenraums während der Laständerung und zu einem Bedarf an einer Technik zum Bewerten des Zwischenraums in Echtzeit.
Eine spezifische Wirkung der Ausführungsform 2 enthält, dass die Analyse der Wärmeübertragung/thermischen Verformung des Metallabschnitts genauer ausgeführt werden kann, auch wenn in dem Schritt 20 der Erzeugung der Analysebedingung ein ungenaues Modell zum Vorhersagen der Wärmeübertragungsraten erhalten wird, da die Wärmeübertragungsrate durch die Datenassimilationsberechnung korrigiert werden kann. Diese Wirkung ermöglicht, dass genaue Zwischenraumbewertungsergebnisse erhalten werden können.
Ausführungsform 3
In der Ausführungsform 3 ist ein spezifisches Beispiel des Kontraktionsmodell-Konstruktionsschritts 40 zum Konstruieren des Kontraktionsmodells unter Verwendung numerischer Ausdrücke mit dem Verfahren in Ausführungsform 2, um den Zwischenraum 320 während der Hochfahroperation unter Verwendung der Messergebnisse der Temperatur, der Ausdehnung, der Ausdehnungsdifferenz und dergleichen zu bewerten, beschrieben.
Zunächst werden für ein Verfahren zum Konstruieren des Wärmeübertragungs-Kontraktionsmodells 42 die folgenden Verarbeitungsschritte S2a bis S2c ausgeführt.
In dem Verarbeitungsschritt S2a wird zunächst eine Schnappschussmatrix des Ausdrucks (1) konstruiert. $S1 = [X1, \dots, {X1}_{nb_cols_S1}]$
In dem Ausdruck (1) ist (nb_cols_S1) die Anzahl der aus der Schnappschussdatenbank DB3 ausgekoppelten Knotentemperaturvektoren 32, ist X1_i ein d-dimensionaler Knotentemperaturvektor in der Schnappschussdatenbank DB3 und ist S1 eine d1 × nb_cols_S1-Schnappschussmatrix.
Zum Beispiel wird die d1 × nb_cols_S1-Schnappschussmatrix S1 (der Ausdruck (1)), konstruiert, in der eine Mehrzahl (nb_cols_S1) d1-dimensionaler Knotentemperaturvektoren 32 (in dem Ausdruck durch X1 repräsentiert) aus der Schnappschussdatenbank DB3 ausgekoppelt werden und die Knotentemperaturvektoren in Spalten angeordnet werden.
Nachfolgend wird der Ausdruck (1) in dem Verarbeitungsschritt S2a durch den Ausdruck (2) genähert. $S 1 = U 1 \cdot Σ 1 \cdot W 1^{T}$
In dem Ausdruck (2) ist U1 eine d1 × r1-Matrix, in der Links-Singulärwertvektoren in Spalten angeordnet sind, ist W1 eine d1 × r1-Matrix, in der Rechts-Singulärwertvektoren in Spalten angeordnet sind, und ist Σ1 eine r1 × r1-Matrix mit Singulärwerten als Diagonalkomponenten.
Zum Beispiel wird der r1-te Singulärwert in absteigender Reihenfolge durch die abgeschnittene Singulärwertzerlegung der Schnappschussmatrix S1 erhalten, wobei die Schnappschussmatrix S1 in dem Ausdruck (1), wie in dem Ausdruck (2) gezeigt ist, durch eine Produktmatrix der Matrix U1, in der die Links-Singulärwertvektoren in Spalten angeordnet sind, der r1 × r1-Matrix Σ1, in der die Singulärwerte als Diagonalkomponenten angeordnet sind, und der Matrix W1, in der die Rechts-Singulärwertvektoren in Spalten angeordnet sind, genähert wird. Im Ergebnis wird jede Spalte der Matrix U1 zu einem Basisvektor eines Teilraums, der den durch eine Menge der Knotentemperaturvektoren 32 (X1) definierten linearen Raum charakterisiert.
In dem Verarbeitungsschritt S2b wird ein r1-dimensionaler Kontraktionsdimensionsvektor φ1 des Ausdrucks (3) durch ein Produkt einer transponierten Matrix der Matrix U1 und des Knotentemperaturvektors 32 (X1) definiert. $ϕ 1 = U 1^{T} \cdot X1$
In dem Verarbeitungsschritt S2c wird ein d1-dimensionales lineares gewöhnliches Differentialgleichungssystem, in dem die unbekannte Variable der Knotentemperaturvektor 32 (X1) ist, der durch Finite-Elemente-Näherung eines räumlichen Terms einer Transienten-Wärmeübertragungsgleichung erhalten wird, durch Galerkin-Projektion dimensionsverringert, um einen Wärmeübertragungs-Konstruktionsmodellausdruck herzuleiten.
Zunächst kann das d1-dimensionale lineare gewöhnliche Differentialgleichungssystem mit dem Knotentemperaturvektor 32 (X1) als der unbekannten Variablen wie in Ausdruck (4) gezeigt repräsentiert werden. $M 11 \frac{d X 1}{d t} + (M 12 + \sum_{f = 1}^{nb_surfaces_HTC} h_{f} M 13_{f}) X 1 = \sum_{f = 1}^{nb_surfaces_HTC} h_{f} T G_{f} B 13_{f}$
In dem Ausdruck (4) ist (nb_surface_HTC) die Anzahl der Metalloberflächenabschnitte, bei jedem von denen eine Wärmeübertragungsbedingung eingestellt ist, ist X1 ein d1-dimensionaler Knotentemperaturvektor 32, ist h_f ein Wärmeübertragungskoeffizient jeder Oberfläche, ist TGf die Umgebungstemperatur 24 jeder Oberfläche, ist M11 eine d1 × d1-Matrix auf der Diskretisierung eines Wärmekapazitätsterms, ist M12 eine d1 × d1-Matrix auf der Diskretisierung eines Wärmeübertragungsterms und sind M13f und B13f eine d1 × d1-Matrix bzw. ein d1-dimensionaler Vektor auf der Diskretisierung eines Wärmeübertragungsterms für eine Oberfläche f.
Darüber hinaus wird die unbekannte Variable X1 in dem Ausdruck (4) durch den Relationsausdruck des Ausdrucks (3) durch den Kontraktionstemperaturvektor φ1 ersetzt und werden die rechte Seite und die linke Seite des Ausdrucks (4) jeweils mit der transponierten Matrix von U1 multipliziert, um aus dem Ausdruck (4) einen dimensionsverringerten Wärmeübertragungs-Kontraktionsmodellausdruck herzuleiten. Dies ermöglicht, einen Wärmeübertragungs-Kontraktionsmodellausdruck des Ausdrucks (5) zu erhalten, der ein niedrigdimensionales (r1) lineares gewöhnliches Differentialgleichungssystem mit dem Kontraktionstemperaturvektor φ1 als einer unbekannten Variablen ist. $M 11 R \frac{d ϕ 1}{d t} + (M 12 R + \sum_{f = 1}^{nb_surfaces_HTC} h_{f} M 13 R_{f}) ϕ 1 = \sum_{f = 1}^{nb_surfaces_HTC} h_{f} T G_{f} B 13_{f}$
In dem Ausdruck (5) werden M11R, M12R, M13R_f und B13R_f in dieser Reihenfolge durch die folgenden Ausdrücke (6), (7), (8) und (9) berechnet. $M 11 R = U 1^{T} \cdot M 11 \cdot U 1$
$M 12 R = U 1^{T} \cdot M 12 \cdot U 1$
$M 13 R_{f} = U 1^{T} \cdot M 13_{f} \cdot U 1$
$B 13 R_{f} = U 1^{T} \cdot B 13_{f}$
Diese sind das Verfahren zum Konstruieren des Wärmeübertragungs-Kontraktionsmodells 42 in dem Kontraktionsmodell-Konstruktionsschritt aus 4. Nachfolgend wird eine Beschreibung über die folgenden Verarbeitungsschritte S3a bis S3c als ein Verfahren zum Konstruieren des Strukturkontraktionsmodells 43 in dem Kontraktionsmodell-Konstruktionsschritt aus 4 gegeben. Die Verarbeitungsschritte S2a bis S2c und die Verarbeitungsschritte S3a bis S3c führen im Wesentlichen dieselbe Verarbeitung aus, während die zu behandelnden Daten verschieden sind (z. B. in dem Ersteren der Knotentemperaturvektor 32 und in dem Letzteren der Knotenverschiebungsvektor 33).
In dem Verarbeitungsschritt S3a wird zunächst eine Schnappschussmatrix des Ausdrucks (10) konstruiert. $S 2 = [X 2, \dots, X 2_{nb_cols_S 2}]$
In dem Ausdruck (10) ist (nb_cols_S2) die Anzahl der aus der Schnappschussdatenbank DB3 ausgekoppelten Knotenverschiebungsvektoren 33, ist X2_i ein d2-dimensionaler Knotenverschiebungsvektor in der Schnappschussdatenbank DB3 und ist S2 eine d2 × nb_cols_S2-Schnappschussmatrix.
Zum Beispiel wird die d2 × nb_cols_S2-Schnappschussmatrix S2 (der Ausdruck (10)) konstruiert, in der eine Mehrzahl (nb_cols_S2) d2-dimensionaler Knotenverschiebungsvektoren 33 (in dem Ausdruck durch X2 repräsentiert) aus der Schnappschussdatenbank DB3 ausgekoppelt sind und die Knotenverschiebungsvektoren in Spalten angeordnet sind.
Nachfolgend wird der Ausdruck (10) in dem Verarbeitungsschritt S3a durch den Ausdruck (11) genähert. $S 2 = U 2 \cdot Σ 2 \cdot W 2^{T}$
In dem Ausdruck (11) ist U2 eine d2 × r2-Matrix, in der die Links-Singulärwertvektoren in Spalten angeordnet sind, ist W2 eine d2 × r2-Matrix, in der die Rechts-Singulärwertvektoren in Spalten angeordnet sind, und ist Σ2 eine r2 × r2-Matrix mit Singulärwerten als Diagonalkomponenten.
Zum Beispiel werden eine Anzahl r2 von Singulärwerten in absteigender Reihenfolge durch die abgeschnittene Singulärwertzerlegung der Schnappschussmatrix S2 erhalten, wobei die Schnappschussmatrix S2 in dem Ausdruck (10), wie in dem Ausdruck (11) gezeigt ist, durch eine Produktmatrix der Matrix U2, in der Links-Singulärwertvektoren in Spalten angeordnet sind, der r2 × r2-Matrix Σ2, in der Singulärwertvektoren als Diagonalwertkomponenten angeordnet sind, und der Matrix W2, in der Rechts-Singulärwertvektoren in Spalten angeordnet sind, genähert wird. Im Ergebnis wird jede Spalte der Matrix U2 zu einem Basisvektor eines Teilraums, der den durch eine Menge der Knotenverschiebungsvektoren 33 (X2) definierten linearen Raum charakterisiert.
In dem Verarbeitungsschritt S3b wird ein r2-dimensionaler Kontraktionsverschiebungsvektor φ2 des Ausdrucks (12) durch ein Produkt einer transponierten Matrix der Matrix U2 und des Knotenverschiebungsvektors 33 (X2) definiert. $ϕ 2 = U 2^{T} \cdot X 2$
In dem Verarbeitungsschritt S3c wird ein d2-dimensionales lineares Gleichungssystem, in dem die unbekannte Variable der durch Finite-Elemente-Näherung einer Strukturgleichung, die einen Term der thermischen Spannung enthält, erhaltene Knotenverschiebungsvektor 33 (X2) ist, durch Galerkin-Projektion dimensionsverringert, um einen Strukturkontraktionsmodellausdruck herzuleiten.
Das d2-dimensionale lineare Gleichungssystem mit dem Knotenverschiebungsvektor 33 (X2) als der unbekannten Variablen kann wie in Ausdruck (13) gezeigt repräsentiert werden. $M 12 X 2 = \sum_{f = 1}^{nb_surfaces_P} P_{f} B 22_{f} + M 23 (X 1 - T 1_{0}) + B 24$
In dem Ausdruck (13) ist (nb_surface_P) die Anzahl der Metalloberflächenabschnitte, bei jedem von denen eine Druckbedingung eingestellt ist, ist X2 ein d2-dimensionaler Knotentemperaturvektor 33, ist T1 ein d1-dimensionaler Knotentemperaturvektor 32, ist T1₀ ein d1-dimensionaler Knotentemperaturvektor, der die Referenztemperatur der thermischen Spannung bereitstellt, ist p_f der Wandoberflächendruck 25 jeder Oberfläche, ist M21 eine d2 × d2-Matrix auf einer Diskretisierung eines Steifheitsterms, ist M23 eine d2 × d2-Matrix auf einer Diskretisierung der thermischen Spannung, ist B22f ein d2-dimensionaler Vektor auf einer Diskretisierung des Drucks für eine Oberfläche f und ist B24 ein d2-dimensionaler Vektor auf einer Diskretisierung einer anderen äußeren Kraft wie etwa der Schwerkraft.
Darüber hinaus wird die unbekannte Variable X2 in dem Ausdruck (13) durch den Relationsausdruck des Ausdrucks (12) durch den Kontraktionsverschiebungsvektor φ2 ersetzt und werden die rechte Seite und die linke Seite des Ausdrucks (13) jeweils mit der transponierten Matrix von U2 multipliziert, um aus dem Ausdruck (12) einen dimensionsverringerten Strukturkontraktionsmodellausdruck herzuleiten. Dies ermöglicht, einen Strukturkontraktionsmodellausdruck des Ausdrucks (14) zu erhalten, der ein niedrigdimensionales (r2) lineares Gleichungssystem mit dem Kontraktionsverschiebungsvektor φ2 als einer unbekannten Variablen ist. In dem Ausdruck (14) repräsentiert der Term MR23(φ1 - φ1₀) einen Term der thermischen Spannung, die als eine Funktion des Kontraktionstemperaturvektors modelliert ist. Diese sind das Verfahren zum Konstruieren des Strukturkontraktionsmodells. $M R 21 ϕ 2 = \sum_{f = 1}^{nb_surfaces_P} P_{f} B R 22_{f} + M R 23 (ϕ 1 - ϕ 1_{0}) + B R 24$
In dem Ausdruck (14) werden M21R, M23R, B22Rf, B24 und φ1₀ in dieser Reihenfolge durch die folgenden Ausdrücke (15), (16), (17), (18) und (19) berechnet. $M 21 R = U 2^{T} \cdot M 21 \cdot U 2$
$M 23 R = U 2^{T} \cdot M 23 \cdot U 2 U 2$
$B 22 R_{f} = U 2^{T} \cdot B 23 U 2$
$B 24 = U 2^{T} \cdot B 24$
$ϕ 1_{0} = U 1^{T} \cdot X 1_{0}$
In der in Ausführungsform 3 beschriebenen Konstruktion des Wärmeübertragungskonstruktionsmodells 42 wird die Finite-Elemente-Gleichung des Ausdrucks (4) von der hohen Dimension (d1) zu dem Ausdruck (5) niedriger Dimension (r1) kontrahiert, während ein Wärmeübertragungskoeffizientenparameter verblieben ist. Somit ist es möglich, die Wirkungsbewertung des Wärmeübertragungskoeffizienten unter Verwendung des Wärmeübertragungs-Kontraktionsmodells zu untersuchen. Insbesondere kann der Ausdruck (5) als eine Alternative der Finite-Elemente-Gleichung des Ausdrucks (4) verwendet werden, um den Wärmeübertragungskoeffizienten in der Datenassimilationsberechnung zu identifizieren.
Ähnlich wird die Finite-Elemente-Gleichung des Ausdrucks (13) in der Konstruktion des Strukturkontraktionsmodells 43 von der hohen Dimension (d2) zu dem Ausdruck (14) der niedrigen Dimension (r2) kontrahiert, während ein Druckparameter verblieben ist. Insbesondere wird der Term der thermischen Spannung als eine Funktion des Kontraktionstemperaturvektors auf die Dimension r2 dimensionsverringert. Somit ist es möglich, in der Datenassimilationsberechnung den Ausdruck (14) als eine Alternative der Finite-Elemente-Gleichung des Ausdrucks (13) zu verwenden.
Obgleich das Verringern der Dimension einer Finite-Elemente-Gleichung üblicherweise einen Fehler für die Finite-Elemente-Gleichung verursacht, ist die Kontraktion von d1 >> r1 oder d2 >> r2 möglich, während die praktische Genauigkeit aufrechterhalten wird, wenn in der Schnappschussdatenbank DB3 eine große Anzahl ähnlicher Ergebnisse zu einer tatsächlich möglichen Temperaturverteilung und Verschiebungsverteilung enthalten sind. Da die Ausdrücke (4) und (13), die die Finite-Elemente-Gleichungen sind, in diesem Fall durch die Ausdrücke (5) bzw. (14), die die Kontraktionsmodellausdrücke, die eine schnelle Berechnung ermöglichen, sind, ersetzt werden können, kann die Datenassimilationsberechnung innerhalb einer praktischen Zeitdauer ausgeführt werden.
Die Verwendung des Kontraktionsmodells aus Ausführungsform 3 ermöglicht, die Datenassimilationsberechnung innerhalb einer praktischen Zeitdauer auszuführen.
Wenn die Materialeigenschaften in Ausführungsform 3 Temperaturabhängigkeit aufweisen, sind die Matrix M11, die an der Dichte und an der spezifischen Wärme beteiligt ist, und die Matrix M12, die an der Wärmeleitfähigkeit in dem Ausdruck (4) beteiligt ist, jeweils eine Funktion der Temperatur. Ähnlich sind die Matrix M21, die an dem Elastizitätsmodul und an dem Querkontraktionskoeffizienten beteiligt ist, die Matrix M23, die an einem Wärmeausdehnungskoeffizienten beteiligt ist, und der Vektor B24, der an der Schwerkraft (Dichte) in dem Ausdruck (13) beteiligt ist, jeweils eine Funktion der Temperatur. Selbst wenn die Koeffizientenmatrix eine Funktion der Temperatur ist und die Ausdrücke (4) und (13) jeweils eine wie oben beschriebene nichtlineare Gleichung sind, können der Wärmeübertragungs-Kontraktionsmodellausdruck und der Strukturkontraktionsmodellausdruck aus den Ausdrücken (4) bzw. (13) durch ein TPLM genanntes Verfahren (Verfahren stückweise linearer Trajektorien) leicht konstruiert werden.
Darüber hinaus erscheint in der Ausführungsform 3 in dem Ausdruck (4) ein Vektor als die vierte Potenz jeder Komponente des Knotentemperaturvektors, wenn der Metallabschnitt eine hohe Temperatur aufweist, obgleich der Einfluss von Strahlung betrachtet werden muss, wenn eine Strahlungserscheinung modelliert wird. In einem solchen Fall kann der Wärmeübertragungs-Kontraktionsmodellausdruck aus dem Ausdruck (4) durch ein DEIM (diskretes empirisches Interpolationsverfahren) genanntes Verfahren leicht konstruiert werden.
Ausführungsform 4
In der Ausführungsform 4 wird ein spezifisches Verfahren des Datenassimilationsschritts 50 in 1 ausführlich beschrieben. Ein spezifisches Beispiel des Datenassimilationsschritts 50 wird nun mit der Ausführungsform 2, d. h. mit dem Verfahren des Bewertens des Zwischenraums 320 während der Hochfahroperation unter Verwendung der Messergebnisse der Temperatur, der Ausdehnung, der Ausdehnungsdifferenz und dergleichen, beschrieben. Die Ausführungsform 4 verwendet die Ausdrücke (5) und (14) in Ausführungsform 3 als Kontraktionsmodelle.
Die in dem Datenassimilationsschritt 50 verwendeten Zustandsraummodelle sind durch die folgenden Ausdrücke (20) bis (26) konfiguriert. Obgleich diese Ausdrücke, die die Zustandsraummodelle repräsentieren, im Folgenden ausführlich beschrieben sind, werden verschiedene Daten, die in den Ausdrücken verwendet sind, im Voraus angeordnet und kurz beschrieben. Das heißt, die hier zu verwendenden Daten können in eine unbekannte Variable (Wahrscheinlichkeitsverteilung), in einen voreingestellten Parameter, in eine neu eingeführte Matrix und in andere Daten klassifiziert werden.
5 zeigt die Daten über die unbekannte Variable (Wahrscheinlichkeitsverteilung) von diesen. Typen der Daten über die unbekannte Variable (Wahrscheinlichkeitsverteilung) enthalten eine Zustandsvariable, eine Beobachtungsvariable und eine Bewertungsvariable. Die zu verwendende Zustandsvariable enthält den Kontraktionstemperaturvektor φ1, den Kontraktionsverschiebungsvektor φ2, die Wärmeübertragungsrate 23A (hf) und die Streuung (εf)² auf dem Zufallsweg der Wärmeübertragungsrate h_f. Die zu verwendende Beobachtungsvariable enthält einen Vektor X1_obj, in dem Temperaturen als Thermometereinbaupunkte angeordnet sind, und einen Vektor X2_obj, in dem Ausdehnungen/Ausdehnungsdifferenzen bei Einbaupunkten an Ausdehnungs-/Ausdehnungsdifferenz-Indikatoren angeordnet sind. Die zu verwendende Bewertungsvariable enthält einen Vektor X2_pred, in dem Zwischenräume an Bewertungspositionen angeordnet sind.
6 zeigt die Daten über den voreingestellten Parameter von diesen. Es sind die Wärmeübertragungsrate 23B (hf) jeder Oberfläche, die Umgebungstemperatur 24 (TGf) jeder Oberfläche, der Wandoberflächendruck 25 (Pf) jeder Oberfläche und die Streuung τ² auf dem Zufallsweg der Wärmeübertragungsrate h_f verwendet.
Als die neu eingeführte Matrix sind eine Matrix M31, die eine Beziehung zwischen dem Kontraktionstemperaturvektor φ1 und dem Vektor X1_obj, in dem Temperaturen an Thermometereinbaupunkten angeordnet sind, repräsentiert, eine Matrix M32, die eine Beziehung zwischen dem Kontraktionsverschiebungsvektor φ2 und dem Vektor X2_obj, in dem Ausdehnungen/Ausdehnungsdifferenzen an Einbaupunkten von Ausdehnungs-/Ausdehnungsdifferenz-Indikatoren angeordnet sind, repräsentiert, und eine Matrix M33, die eine Beziehung zwischen dem Kontraktionsverschiebungsvektor φ2 und dem Vektor X2_pred, in dem Zwischenräume an Bewertungspositionen angeordnet sind, repräsentiert, definiert.
Ferner enthalten andere zu verwendende Daten die Anzahl Nb_23As von Oberflächen, von denen jeder ein Parameter der Wärmeübertragungsrate 23A zugeordnet ist, einen Durchschnitt a und eine Normalverteilung Normal(a, b²) mit der Streuung b². Der aktuelle Zeitpunkt ist als t_n angegeben und der nachfolgende Bewertungszeitpunkt ist als t_n+1 angegeben.
Der Ausdruck (20) ist eine Zeitentwicklungsgleichung der Temperaturverteilung. $\begin{array}{r} M 11 R \frac{d ϕ 1}{d t} + (M 12 R + \sum_{f = 1}^{nb_23 A} h_{f} M 13 R_{f} + \sum_{f = n b_23 A + 1}^{nb_surfaces_HTC} h_{f} M 13 R_{f}) ϕ 1 \\ = \sum_{f = 1}^{n b_s u r f a c e s_H T C} h_{f} T G_{f} B 13 R_{f} \end{array}$
Der Ausdruck (21) ist ein Ausdruck der Verschiebungsverteilung. $M R 21 ϕ 2 = \sum_{f = 1}^{nb_surfaces_P} P_{f} B R 22_{f} + M R 23 (ϕ 1 - ϕ 1_{0}) + B R 24$
Die Ausdrücke (22) und (23) sind jeweils ein Zufallswegtyp-Zeitentwicklungsausdruck eines Wärmeübertragungsratenparameters. $h_{f} (t^{n + 1}) \sim h_{f} (t^{n}) + N o r m a l (0, ε_{f}^{2} (t^{n}))$
$log (ε_{f}^{2} (t^{n + 1})) \sim log (ε_{f}^{2} (t^{n})) + N o r m a l (0, τ^{2})$
Der Ausdruck (24) ist ein Relationsausdruck der Temperatur an einer Messposition und eines Kontraktionsvektors. $X 1_{o b j} = M 31 ϕ 1$
Der Ausdruck (25) ist ein Relationsausdruck der Ausdehnung sowie der Ausdehnungsdifferenz an einer Messposition und eines Kontraktionsverschiebungsvektors. $X 2_{o b j} = M 32 ϕ 2$
Der Ausdruck (26) ist ein Relationsausdruck eines Zwischenraums an einer Messposition und eines Kontraktionsverschiebungsvektors. $X 2_{p r e d} = M 33 ϕ 2$
In einer Reihe der Ausdrücke (20) bis (26), die die in dem Datenassimilationsschritt 50 verwendeten Zustandsraummodelle repräsentieren, wird der Ausdruck (5) des Wärmeübertragungs-Kontraktionsmodells für den Ausdruck (20) verwendet und wird der Ausdruck (14), der der Strukturkontraktionsmodellausdruck ist, für den Ausdruck (21) verwendet. Allerdings ist der Term über die Wärmeübertragungsrate auf der linken Seite des Ausdrucks (5) in dem Ausdruck (20) in einen Identifizierungsparameter 23A und in einen voreingestellten Parameter 23B getrennt.
Die zusammen in 5 gezeigten unbekannten Variablen in den Zustandsraummodellausdrücken enthalten die Zustandsvariable, die nicht direkt von außen beobachtet werden kann, die Beobachtungsvariable, die beobachtet und mit Messwerten verglichen werden kann, und die Bewertungsvariable, die abschließend bewusst bewertet werden soll, die jeweils als Wahrscheinlichkeitsverteilung behandelt werden.
Die Zustandsvariable enthält den Kontraktionstemperaturvektor φ1, den Kontraktionsverschiebungsvektor φ2, die Wärmeübertragungsrate 23A (hf) und die Streuung (εf)², die als die wie oben beschriebenen Identifizierungsparameter klassifiziert sind. φ1 wird unter Verwendung des Ausdrucks (20) berechnet und φ2 wird unter Verwendung des Ausdrucks (21) berechnet. Es wird angenommen, dass die Wärmeübertragungsrate 23A (hf) einen Zufallsweg mit der Streuung (εf)² ausführt und durch den Ausdruck (22) modelliert ist, um von einem Messwert identifiziert zu werden. Außerdem ist angenommen, dass die Streuung (εf)² selbst einen Zufallsweg ausführt und durch den Ausdruck (23) modelliert ist. In den Ausdrücken (22) und (23) ist f 1 bis nb_23A.
Die in 5 gezeigte Beobachtungsvariable enthält den Vektor X1_obj, in dem Temperaturwerte bei Beobachtungspositionen angeordnet sind, und den Vektor X2_obj, in dem Ausdehnungswerte und Ausdehnungsdifferenzwerte an Messpositionen angeordnet sind. Die jeweiligen Variablen können durch die Ausdrücke (24) und (25) erhalten werden.
Die in 5 gezeigte Bewertungsvariable enthält den Vektor X2_pred, in dem die Zwischenräume an Bewertungspositionen angeordnet sind. Das X2_pred wird durch den Ausdruck (26) erhalten. Diese sind eine Erläuterung der unbekannten Variablen (Zustandsvariable, Beobachtungsvariable, Bewertungsvariable).
Der Zustandsraummodellausdruck enthält außer den unbekannten Variablen den zuvor bereitgestellten voreingestellten Parameter aus 6. Der voreingestellte Parameter enthält die Wärmeübertragungsrate 23B, die Umgebungstemperatur 24TGf und den Wandoberflächendruck 25Pf. Ferner enthält der voreingestellte Parameter die Streuung τ² auf dem Zufallsweg der Streuung (εf)².
In dem Datenassimilationsschritt 50 aus 4 ist die in 5 gezeigte unbekannte Variable (Wahrscheinlichkeitsverteilung) für jeden der Zustandsraummodellausdrücke der Ausdrücke (20) bis (26) als eine Partikelmenge repräsentiert und werden daraufhin die folgenden Verarbeitungsschritte S4a bis S4d, die in dieser Reihenfolge den Verarbeitungsschritten S1a bis S1d entsprechen, wiederholt, um die Zeitentwicklungjeder unbekannten Variablen zu erhalten.
In dem Verarbeitungsschritt S4a wird in jedem der Ausdrücke (20) bis (26) der Zustandsraummodelle die Zeitentwicklungsberechnung an jedem Partikel von dem gegenwärtigen Zeitpunkt t_n bis zu einem nachfolgenden Bewertungszeitpunkt ausgeführt.
In dem Verarbeitungsschritt S4b wird ein Wahrscheinlichkeitswert jedes Partikels berechnet. In dieser Ausführungsform wird nur der Anpassungsgrad der Temperatur betrachtet und die durch den Ausdruck (27) definierte Wahrscheinlichkeit ΓT verwendet. $\overset{\begin{array}{l} W a h r s c h e i n - \\ l i c h k e i t \end{array}}{Γ T} = \prod_{i = 1}^{n b_o b j_T} \frac{1}{\sqrt{2 π σ \frac{2}{T} [i]}} e x p (- \frac{{(X 1_{o b j} [i] - Y 1_{o b j} [i])}^{2}}{2 σ_{T}^{2} [i]})$
In dem Ausdruck (27) ist nb_obj_T die Gesamtzahl der Thermometer, ist X1_obj[i] ein berechneter Wert der Temperatur an einem i-ten Messpunkt, ist Y1_obj[i] ein Messwert der Temperatur an dem i-ten Messpunkt und ist σT² eine i-te Komponente eines für die Definition der Wahrscheinlichkeit ΓT verwendeten Definitionsvektors.
In dem Verarbeitungsschritt S4c werden Partikel durch Neuabtastung aktualisiert. Das heißt, es wird angenommen, dass die Anzahl der Partikel N ist, wobei N Partikel aus einer Partikelmenge ausgewählt und dupliziert werden, während eine Wiederholung zugelassen ist, und wobei eine ursprüngliche Partikelmenge durch die duplizierte Partikelmenge ersetzt wird. Gleichzeitig wird eine größere Anzahl von Partikeln mit einer höheren Wahrscheinlichkeit ausgewählt.
In dem Verarbeitungsschritt S4d wird der aktuelle Zeitpunkt t_n auf den nachfolgenden Bewertungszeitpunkt t_n+1 zurückgesetzt und wird die Verarbeitung an den Verarbeitungsschritt S4a zurückgegeben, so dass die oben beschriebene Verarbeitung wiederholt wird.
Wie oben beschrieben wurde, bildet der Ablauf in der Turbine ein räumlich und zeitlich kompliziertes Muster und kann während des Hochfahrens eine Kondensationserscheinung von Dampf auftreten. Dies führt häufig zu einem Fall, in dem eine Wärmeübertragungsrate einer teilweisen Metalloberfläche in dem Analysebedingungseinstellungsschritt nicht genau berechnet werden kann.
In der Ausführungsform 4 wird die Metalloberflächen-Wärmeübertragungsrate in einem zu identifizierenden Parameter 32A sortiert und wird eine Datenassimilationsberechnung ausgeführt, die es ermöglicht, einen genaueren Wert als die in dem Analysebedingungs-Erzeugungsschritt 20 erhaltene Wärmeübertragungsrate zu erhalten. Dies verbessert die Temperaturbewertungsgenauigkeit des Metallabschnitts. Im Ergebnis sind die Bewertungsgenauigkeit der thermischen Verformung und die Zwischenraum-Bewertungsgenauigkeit verbessert.
Zum Beispiel wird in einer beispielhaften Struktur aus 7, die ein mit einem Verkleidungsmaterial 330 bedecktes Gehäuse zeigt, ein Fall betrachtet, dass eine Wärmeübertragungsratenbedingung 23AA einer Innenwandfläche eines Gehäuses 230, in dem ein Metallthermometer 290A an einer Außenfläche des Gehäuses angeordnet ist, durch die Datenassimilationsberechnung über die Verarbeitungsschritte S4a bis S4d in Ausführungsform 4 identifiziert wird.
Wie in 8 gezeigt ist, wird in einem solchen Fall eine Wärmeübertragungsrate (Wahrscheinlichkeitsverteilung), die Messergebnisse widerspiegelt, automatisch in der Weise bestimmt, dass eine zeitliche Änderung des Messwerts des Metallthermometers 290A der der berechneten Temperatur (Wahrscheinlichkeitsverteilung) entspricht. 9 zeigt ein beispielhaftes Identifizierungsergebnis. Folglich widerspiegelt die Gehäusetemperaturverteilung ebenfalls die Messergebnisse; somit wird unter Verwendung der Ergebnisse eine Bewertung der thermischen Verformung ausgeführt, was es ermöglicht, die Zwischenraum-Bewertungsgenauigkeit zu verbessern.
Wirkungen der Ausführungsform 4 enthalten die Verbesserung der Temperaturverteilung/Verschiebungsverteilung des Metalls und die Verbesserung der Zwischenraum-Bewertungsgenauigkeit wegen der Verbesserung der Genauigkeit der Bewertung der Metalloberflächen-Wärmeübertragungsrate.
Obgleich in Ausführungsform 4 die Wahrscheinlichkeit ΓT verwendet ist, die den Anpassungsgrad zwischen dem Messwert und dem berechneten Wert der Metalltemperatur zeigt, wird ferner betrachtet, dass eine Wahrscheinlichkeit ΓD in der Weise definiert wird, dass sie den Anpassungsgrad zwischen der Messung und der Berechnung der Ausdehnung/Ausdehnungsdifferenz, wie sie in Ausdruck (28) gezeigt ist, repräsentiert, und dass für die Datenassimilationsberechnung eine durch ein Produkt von ΓT und ΓD definierte Verbundwahrscheinlichkeit ΓT × ΓD verwendet wird. In diesem Fall kann die Wahrscheinlichkeitsverteilung der Zustandsvariable in der Weise erhalten werden, dass sie jedem der berechneten Werte der Temperatur, der Ausdehnung und der Ausdehnungsdifferenz entspricht. $\overset{\begin{array}{l} W a h r s c h e i n - \\ l i c h k e i t \end{array}}{Γ D} = \prod_{i = 1}^{nb_obj_T} \frac{1}{\sqrt{2 π σ \frac{2}{D} [i]}} e x p (- \frac{{(X 2_{o b j} [i] - Y 2_{o b j} [i])}^{2}}{2 σ_{D}^{2} [i]})$
In dem Ausdruck (28) ist nb_obj_D die Gesamtzahl der Ausdehnungsindikatoren und Ausdehnungsdifferenz-Indikatoren, sind X2[i] berechnete Werte der Ausdehnung/Ausdehnungsdifferenz an einem i-ten Messpunkt, sind Y2_obj[i] Messwerte der Ausdehnung/Ausdehnungsdifferenz an dem i-ten Messpunkt und ist σT² eine i-te Komponente eines für die Definition der Wahrscheinlichkeit ΓT verwendeten Definitionsvektors.
Es ist klar, dass die Umgebungstemperatur 24TGf (der Ausdruck (20)) und der Wandoberflächendruck (der Ausdruck (21)) in den Zustandsraummodellausdrücken der Ausdrücke (20) bis (26) jeweils durch die Datenassimilationsberechnung durch eine ähnliche Konfiguration wie die dieser Ausführungsform als ein zu identifizierender Parameter behandelt und aus einem Messwert identifiziert werden können.
Obgleich in den Ausdrücken (22) und (23) ein Rauschen, das einer Normalverteilung folgt, gegeben ist, kann irgendein Rauschen, das irgendeiner von verschiedenen Verteilungen wie etwa einer Cauchy-Verteilung folgt, gegeben sein.
Ausführungsform 5
Die Ausführungsform 5 zeigt eine beispielhafte geänderte Konfiguration der Ausführungsform 2.
In dem Verfahren und in der Vorrichtung zum Schätzen des inneren Zustands der thermischen Komponente der in 4 gezeigten Ausführungsform 2 empfängt der Datenassimilationsschritt 50 die Messergebnisse 12 des Kraftwerks, die Analysebedingungen 22, die in dem Analysebedingungs-Erzeugungsschritt 20 erhalten werden, und die Kontraktionsmodelle (das Wärmeübertragungs-Kontraktionsmodell 42, das Strukturkontraktionsmodell 43), die in dem Kontraktionsmodell-Konstruktionsschritt 40 erhalten werden, und erhält er unter Verwendung der Zustandsraummodelle, die die Kontraktionsmodelle 42 und 43 enthalten, Zeitentwicklungen der Zustandsvariablen (Wahrscheinlichkeitsverteilungen), die den Identifizierungsparameter 82 enthalten.
Andererseits empfängt der Datenassimilationsschritt 50 der in 10 gezeigten Ausführungsform 5 einen Modellparameter 26A, der anstelle der in dem Analysebedingungs-Erzeugungsschritt 20 erhaltenen Analysebedingungen 22 in dem Analysebedingungs-Erzeugungsmodell 26 erhalten wird, und erhält er unter Verwendung der Zustandsraummodelle, die die Kontraktionsmodelle 42 und 43 und das Analysebedingungs-Erzeugungsmodell 26 enthalten, Zeitentwicklungen der Zustandsvariablen (Wahrscheinlichkeitsverteilungen), die den Identifizierungsparameter 82 enthalten.
Das Analysebedingungs-Erzeugungsmodell 26 entspricht der Modelldarstellung der Funktion des Analysebedingungs-Erzeugungsschritts 20. Das Analysebedingungs-Erzeugungsmodell 26 ist ein Berechnungsmodell, das wie in dem Analysebedingungs-Erzeugungsschritt 20 Messwerte empfängt und die Analysebedingungen 22 ausgibt, und enthält z. B. ein Fluid-/Wärmeübertragungskreislauf-Netzanalysemodell. Allerdings werden in dem Analysebedingungs-Erzeugungsmodell 26 als die Analysebedingung 22 in einem solchen Fall ein Fluidwiderstandskoeffizient, ein Korrekturfaktor für einen Ausdruck der experimentellen Anordnung einer Wärmeübertragungsrate oder dergleichen als der Modellparameter 26A hergeleitet. Da die Operation in dem Analysebedingungs-Erzeugungsschritt 20 unter Verwendung eines Fluid-/Wärmeübertragungskreislauf-Netzes intern ausgeführt wird, ist ein Analysebedingungs-Erzeugungsmodell 26 als Teil des Analysebedingungs-Erzeugungsschritts 20 positioniert.
Somit kann erkannt werden, dass die Ausführungsform 5 den Zwischenraum 320 bewertet, während sie den Modellparameter 26A des Analysebedingungs-Erzeugungsmodells 26 identifiziert, der in dem Analysebedingungs-Erzeugungsschritt 20 durch die Assimilationsberechnung in dem Datenassimilationsschritt 50 verwendet wird.
10 zeigt das Verfahren und die Vorrichtung zum Schätzen des inneren Zustands der thermischen Komponente gemäß Ausführungsform 5.
Der Messschritt 10 aus 10 empfängt von den Messinstrumenten 260, 270, 280, 290, 300 und 310 Zeitreihendaten der Arbeitsfluidtemperatur, des Arbeitsfluiddrucks, der Außenlufttemperatur, der Metalltemperatur, der Ausdehnung und der Ausdehnungsdifferenz und gibt die Messergebnisse 12 aus und sendet die Messergebnisse 12 an den Analysebedingungs-Erzeugungsschritt 20.
Der Analysebedingungs-Erzeugungsschritt 20 verwendet das Analysebedingungs-Erzeugungsmodell 26, um die Analysebedingungen 22 wie etwa eine Metalloberflächen-Wärmeübertragungsrate 23, die Umgebungs- (Arbeitsfluid-, Außenluft-) Temperatur 24 in der Nähe des Metalls und den Wandoberflächendruck 25, die zum Ausführen der Analyse der thermischen Verformung eines Metallabschnitts wie etwa einer Turbine, eines Turbinenlaufrads oder eines Gehäuses auf der Grundlage der in dem Messschritt 10 erhaltenen Messergebnisse erforderlich sind, zu erzeugen.
Zum Beispiel können diese Analysebedingungen durch Simulieren des Massetransports oder des Wärmetransports des Arbeitsfluids, der Wärmeübertragung des Metallabschnitts, der Wärmeübertragung zwischen dem Arbeitsfluid und dem Metallabschnitt und dergleichen berechnet werden, wenn als das Analysebedingungs-Erzeugungsmodell 26 die Fluid-/Wärmeübertragungskreislauf-Netzanalyse verwendet wird.
Die Schnappschussdatenbank DB3 enthält eine Menge eines Knotentemperaturvektors 32 als ein Ergebnis des Erhaltens der Zeitentwicklung der Temperaturverteilung des Metallabschnitts während des Hochfahrens durch ein Finite-Elemente-Verfahren und eines Knotenverschiebungsvektors 33 als ein Ergebnis des Erhaltens der thermischen Verformung des Metalls wegen der Temperaturverteilung des Knotentemperaturvektors 32 durch ein Finite-Elemente-Verfahren.
Als eine Analysebedingung für das Finite-Elemente-Verfahren wird die Analysebedingung 22 (die Metalloberflächen-Wärmeübertragungsrate 23, die Umgebungs- (Arbeitsfluid-, Außenluft-) Temperatur 24 in der Nähe des Metalls oder der Wandoberflächendruck 25) als ein Analyseergebnis des Analysebedingungs-Erzeugungsschritts 20 oder der Identifizierungsparameter 82 als die korrigierte Analysebedingung verwendet. Der Identifizierungsparameter enthält die Metalloberflächen-Wärmeübertragungsrate 23, die Umgebungs- (Arbeitsfluid-, Außenluft-) Temperatur 24 in der Nähe des Metalls, den Wandoberflächendruck 25, den Modellparameter 26A des Analysebedingungs-Erzeugungsmodells 26, die Modellvariable 42A, die die Temperaturverteilung in dem Wärmeübertragungs-Kontraktionsmodell 42 bestimmt, und die Modellvariable 43A, die die Verschiebungsverteilung in dem Strukturkontraktionsmodell 43 bestimmt.
Der Kontraktionsmodell-Konstruktionsschritt 40 ist ein Schritt des Auskoppelns eines Teilraums, der einen durch den Knotentemperaturvektor 32 definierten linearen Raum in der Schnappschussdatenbank DB3 charakterisiert, und des Erzeugens des Wärmeübertragungs-Kontraktionsmodells 42 aus einer Finite-Elemente-Gleichung, die durch Diskretisieren einer dominanten Gleichung einer Wärmeübertragungserscheinung des Metallabschnitts gegeben ist, durch Galerkin-Projektion auf den Teilraum. Darüber hinaus koppelt der Schritt einen Teilraum aus, der einen durch den Verschiebungsverteilungsvektor 33 in der Schnappschussdatenbank DB3 definierten linearen Raum charakterisiert, und erzeugt er das Strukturkontraktionsmodell 43 aus einer Finite-Elemente-Gleichung, die durch Diskretisieren einer dominanten Gleichung der thermischen Verformung gegeben ist, durch Galerkin-Projektion auf den Teilraum.
Wie in Ausführungsform 2 ist eine Modellvariable, die die Temperaturverteilung in dem Wärmeübertragungs-Kontraktionsmodell 42 bestimmt, in dieser Ausführungsform als Modellvariable 42A definiert und ist eine Modellvariable, die die Verschiebungsverteilung in dem Strukturkontraktionsmodell 43 bestimmt, als Modellvariable 43A definiert.
Der Datenassimilationsschritt 50 verwendet die Zustandsraummodelle, die die Kontraktionsmodelle 42 und 43 und das Analysebedingungs-Erzeugungsmodell 26 enthalten, um durch ein Partikelfilterverfahren Zeitentwicklungen von Zustandsvariablen (Wahrscheinlichkeitsverteilungen), die die Modellparameter 42A, 43A, 26A und dergleichen enthalten, zu erhalten.
Der Modellparameter 26A des Analysebedingungs-Erzeugungsmodells 26 wird als eine Zustandsvariable mit einem Zufallswegtyp-Zeitentwicklungsprozess behandelt, um die Identifizierung aus einem Messwert zu ermöglichen. Da die Metalloberflächen-Wärmeübertragungsrate 23 (hf), die Umgebungstemperatur 24 (TGf) und der Wandoberflächendruck 25 (Pf) in dem Modellausdruck (Ausdruck 20) des Wärmeübertragungs-Kontraktionsmodells 42 und in dem Modellausdruck (Ausdruck 21) des Strukturkontraktionsmodells 43 aus Ergebnissen des Analysebedingungs-Erzeugungsmodells 26 erhalten werden, werden die Metalloberflächen-Wärmeübertragungsrate 23 (hf), die Umgebungstemperatur 24 (TGf) und der Wandoberflächendruck 25 (Pf) jeweils ebenfalls als Wahrscheinlichkeitsverteilung in dem Zustandsraummodell behandelt. Somit sind die Identifizierungsparameter in dieser Ausführungsform 23, 24, 25, 26A, 42A und 43A.
In dem Partikelfilterverfahren ist die Wahrscheinlichkeitsverteilung der Zustandsvariable durch eine Menge von Partikeln definiert, die jeweils einen spezifischen Zustandsvariablenwert aufweisen, und wird dann die Zeitentwicklung der Wahrscheinlichkeitsverteilung durch Wiederholung der folgenden Verarbeitungsschritte S5a bis S5d erhalten.
In dem Verarbeitungsschritt S5a werden Eingangswerte von den Messinstrumenten (260, 270, 280, 290, 300, 310) an entsprechende Variablen der Zustandsraummodelle gegeben und wird daraufhin an jedem Partikel unter Verwendung der Zustandsraummodelle eine Zeitentwicklungsberechnung von dem aktuellen Zeitpunkt bis zu dem nachfolgenden Bewertungszeitpunkt ausgeführt.
In dem Verarbeitungsschritt S5b wird für jedes Partikel ein Wahrscheinlichkeitswert berechnet, der den Anpassungsgrad zwischen einem Messwert zu dem nachfolgenden Bewertungszeitpunkt und einem Messwert repräsentiert.
In dem Verarbeitungsschritt S5c werden Partikel durch Neuabtastung aktualisiert. Das heißt, es wird angenommen, dass die Anzahl der Partikel N ist, wobei N Partikel aus einer Partikelmenge ausgewählt und dupliziert werden, während eine Wiederholung zugelassen ist, und eine ursprüngliche Partikelmenge wird durch die duplizierte Partikelmenge ersetzt. Gleichzeitig wird eine größere Anzahl von Partikeln mit einer höheren Wahrscheinlichkeit ausgewählt. Dies ermöglicht, dass ein Partikel näher einem Messwert fortbesteht, was zu einem Ergebnis führt, das ein Messergebnis widerspiegelt.
Der Verarbeitungsschritt S5d kehrt zu dem Verarbeitungsschritt S5a zurück.
Durch Wiederholung der Verarbeitungsschritte S5a bis S5d werden Zeitentwicklungen der Wahrscheinlichkeitsverteilungen der Zustandsvariablen einschließlich der Identifizierungsparameter (der Metalloberflächen-Wärmeübertragungsrate 23, der Umgebungs- (Arbeitsfluid-, Außenluft-) Temperatur 24 in der Nähe des Metalls, des Wandoberflächendrucks 25, eines Modellparameters 26A des Analysebedingungs-Erzeugungsmodells 26, einer Modellvariablen 42A, die die Temperaturverteilung in dem Wärmeübertragungs-Kontraktionsmodell 42 bestimmt, und der Modellvariablen 43A, die die Verschiebungsverteilung in dem Strukturkontraktionsmodell 43 bestimmt) erhalten.
Der Nachverarbeitungsschritt 60 ist ein Schritt des Ersetzens eines Erwartungswerts der Wahrscheinlichkeitsverteilung der Modellvariablen 43A für einen zuvor hergeleiteten Relationsausdruck der Modellvariablen 43A und für einen Zwischenraum jedes Abschnitts, um eine zeitliche Änderung des Zwischenraums während des Hochfahrens zu erhalten, und des Ausgebens der erhaltenen Ergebnisse an die Bewertungsergebnisdatenbank DB1. Darüber hinaus gibt der Schritt eine korrigierte Analysebedingung, die einen Erwartungswert jeder Zustandsvariablen enthält, an die Datenbank DB2 korrigierter Analysebedingungen aus.
Der Schritt 90 der Analyse der thermischen Verformung erhält durch Finite-Elemente-Analyse die Temperaturverteilung und die Verformungsverteilung des Metalls und gibt die Verteilungen an die Schnappschussdatenbank DB3 aus.
Der Kontraktionsmodell-Rekonstruktionsschritt 100 rekonstruiert unter Verwendung der Daten (der Metalloberflächen-Wärmeübertragungsrate 23, der Umgebungs- (Arbeitsfluid-, Außenluft-) Temperatur 24 in der Nähe des Metalls und des Wandoberflächendrucks 25), die in der Datenbank DB2 korrigierter Analysebedingungen gespeichert worden sind, durch den Schritt 90 der Analyse der thermischen Verformung und durch den Kontraktionsmodell-Konstruktionsschritt 40 das Kontraktionsmodell.
Die Ausführungsform 5 ist in der Weise konfiguriert, dass das Analysebedingungs-Erzeugungsmodell 26 in dem Zustandsraummodell enthalten ist, so dass ein Analysebedingungserzeugungs-Modellparameter 26A identifiziert werden kann. In der Ausführungsform 2 wird die Metalloberflächen-Wärmeübertragungsrate 23A direkt identifiziert, wobei der Parameter aber schwierig zu identifizieren ist, wenn die Anzahl zu identifizierender Oberflächen (die Anzahl der Parameter der Metalloberflächen-Wärmeübertragungsrate 23) größer als die Anzahl der Messinstrumente ist.
In einem solchen Fall wird die Ausführungsform 5 vorzugsweise verwendet. Dies ist so, da die Anzahl der Analysebedingungserzeugungs-Modellparameter 26A üblicherweise sehr viel kleiner als die Anzahl der Parameter 23A der Metalloberflächen-Wärmeübertragungsrate 23 ist, was die Datenassimilationsberechnung selbst bei einer kleinen Anzahl von Messpunkten ermöglicht.
Die Ausführungsform 5 ermöglicht, dass die Datenassimilationsberechnung selbst bei einer kleinen Anzahl von Messinstrumenten verwendet wird.
Obgleich die Ausführungsform 5 beispielhaft beim Turbinenhochfahren erläutert worden ist, kann die vorliegende Erfindung ebenfalls auf eine Laständerungsoperation wie etwa auf eine Stoppoperation angewendet werden.
Eine Kombination von Ausführungsform 2 und Ausführungsform 5, d. h. eine Konfiguration, in der die Metalloberflächen-Wärmeübertragungsrate 23A einer Wandoberfläche in Ausführungsform 2 direkt identifiziert wird, während der Analysebedingungserzeugungs-Modellparameter 26A in Ausführungsform 5 identifiziert wird, kann leicht erzielt werden.
Bezugszeichenliste

10:: Messschritt der Strukturzustandsgröße und der Atmosphärenzustandsgröße
20:: Analysebedingungs-Erzeugungsschritt
DB3:: Datenbank, die den Lösungsvektor der Analyse der thermischen Verformung enthält (Schnappschussdatenbank)
40:: Kontraktionsmodell-Konstruktionsschritt
50:: Datenassimilationsschritt
60:: Nachverarbeitungsschritt
DB1:: Bewertungsergebnisdatenbank
DB2:: Datenbank korrigierter Analysebedingungen
90:: Schritt der Analyse der thermischen Verformung
100:: Kontraktionsmodell-Rekonstruktionsschritt
12:: Messergebnis
22:: Analysebedingung
23:: Metalloberflächen-Wärmeübertragungsrate
23A:: zu identifizierende Metalloberflächen-Wärmeübertragungsrate
23B:: Metalloberflächen-Wärmeübertragungsrate unter Verwendung des Werts der Analysebedingungen 22
24:: Umgebungs- (Arbeitsfluid-, Außenluft-) Temperatur in der Nähe von Metall
25:: Wandoberflächendruck
32:: Knotentemperaturvektor
33:: Knotenverschiebungsvektor
42:: Wärmeübertragungs-Kontraktionsmodell
43:: Strukturkontraktionsmodell
82:: Identifizierungsparameter
83:: voreingestellter Parameter
110:: Abstimmschritt
200:: Generator
210:: Turbine
220:: Turbinenlaufrad
230:: Turbinengehäuse
240:: Rohrleitung
250:: Steuerventil
260:: Arbeitsfluidthermometer
270:: Außenluftthermometer
280:: Arbeitsfluidthermometer-Manometer
290:: Metallthermometer
300:: Ausdehnungsindikator
310:: Ausdehnungsdifferenz-Indikator
320:: Zwischenraum

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 5457805 B2 [0003, 0004]

Claims

Verfahren zum Schätzen eines inneren Zustands einer thermischen Komponente, wobei das Verfahren umfasst: einen Messschritt des Messens einer Zustandsgröße der thermischen Komponente; einen Analysebedingungs-Erzeugungsschritt des Erzeugens einer Analysebedingung zum Analysieren eines inneren Zustands der thermischen Komponente; einen Datenassimilationsschritt des Erhaltens der Wahrscheinlichkeitsverteilung sowohl der Temperaturverteilung als auch der Verschiebungsverteilung im Inneren der thermischen Komponente durch Datenassimilationsberechnung unter Verwendung eines Kontraktionsmodells, eines Messwerts des Messschritts und der Analysebedingung, wobei das Kontraktionsmodell durch Dimensionsverringerung eines Finite-Elemente-Modells für die Analyse des inneren Zustands der thermischen Komponente gegeben ist; einen Nachverarbeitungsschritt des Erhaltens des inneren Zustands der thermischen Komponente aus einem Erwartungswert der in dem Datenassimilationsschritt erhaltenen Wahrscheinlichkeitsverteilung; einen Analyseschritt des Erhaltens von Lösungsvektoren der Temperaturverteilung und der Verschiebungsverteilung des Finite-Elemente-Modells; und einen Kontraktionsmodell-Konstruktionsschritt des Auskoppelns eines Teilraums, der einen linearen Raum charakterisiert, der durch eine Vektormenge der Temperaturverteilung und der Verschiebungsverteilung definiert ist, und des Konstruierens eines Kontraktionsmodells aus dem Finite-Elemente-Modell unter Verwendung des Teilraums, wobei die Wahrscheinlichkeitsverteilung in dem Datenassimilationsschritt unter Verwendung des Kontraktionsmodells in dem Kontraktionsmodell-Konstruktionsschritt berechnet wird, und wobei das Kontraktionsmodell in dem Analyseschritt und in dem Kontraktionsmodell-Konstruktionsschritt unter Verwendung eines Ergebnisses des Analysebedingungs-Erzeugungsschritts konstruiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Wahrscheinlichkeitsverteilung eines korrigierten Werts der Analysebedingung in dem Datenassimilationsschritt erhalten wird, wobei der korrigierte Wert der Analysebedingung in dem Nachverarbeitungsschritt erhalten wird, und wobei das Kontraktionsmodell in dem Analyseschritt und in dem Kontraktionsmodell-Konstruktionsschritt unter Verwendung des korrigierten Werts von dem Nachverarbeitungsschritt rekonstruiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Metalloberflächen-Wärmeübertragungsratenbedingung an einer Metalloberfläche in der thermischen Komponente und eine Modellvariable des Kontraktionsmodells in dem Datenassimilationsschritt als Identifizierungsparameter identifiziert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Wärmeübertragungs-Kontraktionsmodell, das die Wärmeübertragung an dem Metall in der thermischen Komponente zeigt, und ein Strukturkontraktionsmodell, das einen Zwischenraum in der thermischen Komponente zeigt, in dem Kontraktionsmodell-Konstruktionsschritt als das Konstruktionsmodell verwendet werden, das durch Dimensionsverringerung des Finite-Elemente-Modells für die Analyse des inneren Zustands der thermischen Komponente gegeben ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Finite-Elemente-Modell mit einem Wärmeübertragungskoeffizientenparameter, der verbleibt, wenn das Wärmeübertragungs-Kontraktionsmodell, das die Wärmeübertragung an dem Metall in der thermischen Komponente zeigt, als das durch Dimensionsverringerung des Finite-Elemente-Modells gegebene Kontraktionsmodell konstruiert wird, dimensionsverringert wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Finite-Elemente-Modell mit einem Druckparameter, der verbleibt, wenn das Strukturkontraktionsmodell, das den Zwischenraum in der thermischen Komponente zeigt, als das durch Dimensionsverringerung des Finite-Elemente-Modells gegebene Kontraktionsmodell konstruiert wird, dimensionsverringert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein Modellparameter von einem Analysebedingungs-Erzeugungsmodell erhalten wird, das in dem Analysebedingungs-Erzeugungsschritt verwendet wird, und wobei die Wahrscheinlichkeitsverteilung sowohl der Temperaturverteilung als auch der Verschiebungsverteilung in der thermischen Komponente in dem Datenassimilationsschritt durch Datenassimilationsberechnung unter Verwendung des Kontraktionsmodells, des Messwerts des Messschritts und des Modellparameters erhalten wird, wobei das Kontraktionsmodell durch Dimensionsverringerung des Finite-Elemente-Modells für die Analyse des inneren Zustands der thermischen Komponente gegeben ist.
Vorrichtung zum Schätzen eines inneren Zustands einer thermischen Komponente, wobei die Vorrichtung dafür konfiguriert ist, Folgendes auszuführen: einen Messschritt des Messens einer Zustandsgröße der thermischen Komponente; einen Analysebedingungs-Erzeugungsschritt des Erzeugens einer Analysebedingung zum Analysieren eines inneren Zustands der thermischen Komponente; einen Datenassimilationsschritt des Erhaltens der Wahrscheinlichkeitsverteilung sowohl der Temperaturverteilung als auch der Verschiebungsverteilung im Inneren der thermischen Komponente durch Datenassimilationsberechnung unter Verwendung eines Kontraktionsmodells, eines Messwerts des Messschritts und der Analysebedingung, wobei das Kontraktionsmodell durch Dimensionsverringerung eines Finite-Elemente-Modells für die Analyse des inneren Zustands der thermischen Komponente gegeben ist; einen Nachverarbeitungsschritt des Erhaltens des inneren Zustands der thermischen Komponente aus einem Erwartungswert der in dem Datenassimilationsschritt erhaltenen Wahrscheinlichkeitsverteilung; einen Analyseschritt des Erhaltens von Lösungsvektoren der Temperaturverteilung und der Verschiebungsverteilung des Finite-Elemente-Modells; und einen Kontraktionsmodell-Konstruktionsschritt des Auskoppelns eines Teilraums, der einen linearen Raum charakterisiert, der durch eine Vektormenge der Temperaturverteilung und der Verschiebungsverteilung definiert ist, und des Konstruierens eines Kontraktionsmodells aus dem Finite-Elemente-Modell unter Verwendung des Teilraums, wobei die Vorrichtung die Wahrscheinlichkeitsverteilung in dem Datenassimilationsschritt unter Verwendung des Kontraktionsmodells in dem Kontraktionsmodell-Konstruktionsschritt berechnet, wobei die Vorrichtung das Kontraktionsmodell in dem Analyseschritt und in dem Kontraktionsmodell-Konstruktionsschritt unter Verwendung eines Ergebnisses des Analysebedingungs-Erzeugungsschritts konstruiert, wobei der Messschritt, der Analysebedingungs-Erzeugungsschritt, der Datenassimilationsschritt und der Nachverarbeitungsschritt auf einer Seite der thermischen Komponente ausgeführt werden, wobei der Analyseschritt und der Kontraktionsmodell-Konstruktionsschritt in einer Zentrale ausgeführt werden, die Daten in mehreren Kraftwerken managen kann, und wobei zwischen der Seite der thermischen Komponente und der Zentrale eine Kommunikation ausgeführt wird.